Grundlagen elektrochemischer Prozesse auf der Nanoskala

      Prüfung

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      Inhalt der Vorlesung und Übung

      Materialien, Oberflächen, Grenzflächen:

      Elektrolyte und Isolatoren, Leitfähigkeit, Besonderheiten der Oberfläche, Kontakt zweier Phasen und Bildung der elektrischen Doppelschicht.

      Elektrochemische Thermodynamik:

      Intensive und extensive Größen, treibende Kräfte, elektrochemisches, chemisches und elektrisches Potential, Gleichgewichte, Halbzellen- und Zellenpotential, elektromotorische Kraft, Diffusionspotentiale.

      Kinetik der Elektrodenprozesse:

      Masse- und Ladungstransfer in elektrochemischen Systemen, Überspannungen, Butler-Volmer Gleichung, diffusionsbegrenzte Prozesse, gemischte Kinetik, Nukleation.

      Nanoskala Effekte:

      Überlappende Doppelschichten, Gibbs-Thomson Effekt, Quanteneffekte, Segregation und De-Doping, atomistische Theorie der elektrochemischen Phasenbildung, Abweichungen von thermodynamischen Werte, Tunneleffekte, Transport auf der Nanoskala, Elektrochemie mit Isolatoren.

      Batterien und Brennstoffzellen:

      Primäre und sekundäre Batterien, Brennstoffzellen basierend auf Flüssig- und Festelektrolyten, Lebensdauer.

      Korrosion, Passivierung:

      Prinzipien des Korrosionsschutzes (anodischer und kathodischer Schutz), Pourbaix Diagramme, elektrochemische Oxidation und Formierung funktionaler Schichten.

      Galvanische Prozese:

      Herstellung von Metallen mit hoher Reinheit, Abscheidung metallischer Funktionsschichten, Abscheidung von Legierungen, Abscheidung funktionaler Oxidschichten.

      Elektrokatalyse:

      Wasserelektrolyse, saure Elektrolyse (PEM-Membranzellen), alkalische Elektrolyse (mit Metall- und Oxidelektroden), Hochtemperatur-Elektrolyse, Lebensdauer.

      Elektrochemische Sensoren:

      Potentiometrische Sensoren, Gassensoren (Lambda-Sonde), Voltammetrische Sensoren, elektrochemische Bio- und Enzymsensoren, Ionensensitive Feldeffekttransistoren (IS-FETs).

      Memristive Bauelemente:

      Nanoskalierte elektrochemischen Zellen als Datenspeicher, Besonderheiten von Materiaien und Prozessen in ReRAM, elektrochemische Kinetik von VCM- und ECM-Zellen. Effekte von Feuchte. Nanobatterieeffekt.