大学教育の質の保証・向上ならびに 電子化及びオープンアクセスの推進の観点から 学校教育法第百十三条に基づき、 教育研究活動の状況を公表しています。
第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
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A.
A.電池は極論酸化剤と還元剤さえあれば発電できる。 燃料電池は燃料の水素を水の電気分解で作るため、実態は充放電のサイクルを持つ二次電池に近い。燃料電池の起電力は水の分解電圧1.23Vである。 電池の起電力は使用されている物質の分解電圧と同一である。 金属の電解電位は水溶液のpHによって変動する。教科書の例にある亜鉛では、酸性?中性では－0.98V、塩基性条件下で少しずつ下がっていき、pH13では約－1.2ｖまで低下している。これは教科書にあるアルカリマンガン乾電池での亜鉛の標準電極電位とほぼ一致する。アルカリマンガン乾電池は電解液に水酸化カリウム水溶液を用いるため、標準電極電位が中性から変動したので前回の際計算が合わなかったのだ。
A.分解電圧、過電圧について理解した。
A.https://photos.google.com/photo/AF1QipN0DDh2XPmzh02RjM3y6SiMngvTVTBB3hwH9w4y
A.再話）燃料電池の起電力と水の理論分解電圧は同様のことを指す。分解電圧や過電圧について学んだ。 復習）タイトルにもあるが知らなかったため、ターフェルの式に関して調査した。ターフェルの式は、電気化学反応の速度と過電圧の関係を記述する方程式であり、最初は実験式であったが、後に理論的に正当化された式である。電流密度と過電圧で、過電圧が大きい場合に近似し、単純化させた式のことを指す。また、過電圧は許容以上の電圧がかかることで、過電圧の発生条件に関しては落雷や電気のオンオフによる誘導電圧の発生などがある。
A.【講義の再話】 分解電圧において平衡電位の差の理論分解電圧を超えたからといってすぐには反応は進まず、実際に反応が始まるまでには誤差があり、この時の電圧は分解電圧と呼ばれる。分解電圧を調べるときは電圧を掃引して電流を測定する。電流で夏曲線から溶液抵抗の傾きを外挿して分解電圧を求める。先ほどの理論分解電圧から実際の分解電圧を引くことで過電圧を求めることができる。 【発表の要旨】 BBCを選択し、理論分解電圧、過電圧、電圧降下と電気で水素を得たときのエネルギー変換効率を求め、その結果について考察した。 【復習の内容】 私たちのグループでは表5.5の水電解槽からBBCを選んだ。 過電圧を求めるため理論分解電圧を求めた。現代の電気化学p.91の（4.5）式、（4.7）式からわかるように、理論分解電圧は?に依存しない。水の標準生成ギブズエネルギーΔfG゜は237.2KJ/molであり、標準生成エンタルピーΔfH゜は285．8KJ/molである。標準状態は1atm,25℃であるので298.15Kである。 ΔG°=ΔH°-TΔS゜であるから、298.15Kのときエントロピー変化ΔS゜は163KJ/molであることが分かる。 H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）-285.8kJ H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）・・・ΔfH°＝285.8kJ BBCの電解槽の温度は80℃であるので、その時の理論分解電圧を求めた。 水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。 簡単にするため、定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。 BBCの電解槽は、加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと仮定する。 以上の仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーの収支をとった。 H?O（液,1atm,25℃）=H?（気,1atm,25℃）+1/2O?（気,1atm,25℃）-285.8kJ H?O（液,1atm,25℃）=H?O（液,1atm,80℃)-4.1415kJ H?（気,1atm,25℃）=H?（気,1atm,80℃）-1.584kJ 1/2O?（気,1atm,25℃）=1/2O?（気,1atm,80℃）-0.8085kJ H?O（液,1atm,80℃）=H?（気,1atm,80℃）+1/2O2（気,1atm,80℃）-284.051kJ よって80℃での生成エンタルピーは284.1kJ/molとなる。これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.47Vが得られる。 最新工業化学p.40図3.2の傾きが一定のことから、ΔSの温度依存性はないと仮定し、ΔS°を使うこととする。すると80℃の生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引いて226.5kJ/molとなる。これをファラデー定数F(96485.3321C/mol)と反応に関与する電子数2で割ると1atm、80℃での理論分解電圧1.17Vが得られる。この理論分解電圧は1atm、25℃の1.23Vより低く、現代の電気化学p.126図5.3や最新工業化学p.41図3.3に示されている通りとなった。 表5.5に槽電圧2.04Vとあるので、これより理論分解電圧を引き、過電圧ηは0.87Vとなる。p.124の式より電圧効率は57%である。この過電圧には溶液抵抗による抵抗過電圧のほか、電気化学p.51式2.116や最新工業化学p60図3.24などに示される、活性化過電圧、濃度過電圧が含まれる。 表5.5に電解電力4.9kWh/Nm3H2とあるので、水素を理想気体として単位換算すると 395.2kJ/molとなる。これを生成エンタルピーΔHで割れば、 エネルギー変換効率72％が得られる。
A.BBCについて調査した。電解槽の温度は80℃であるので、その時の理論電解圧を求めた。
A.【講義の再話】 電解槽について学んだ。 【発表の要旨】 電解槽の種類を選び、エネルギー変換効率を計算した。 【復習の内容】 表5.5の水電解槽から、BBCの電解槽を選んだ。 過電圧を求めるのに、理論分解電圧を求める。水の標準生成ギブズエネルギーは、237.2KJ/molであり、標準生成エンタルピーは、258KJ/molである。標準状態は、1atm,25℃であるので、298.15Kである。ΔG°＝ΔH°－TΔS°であるから、298.15Kのときのエントロピー変化ΔS°は163KJ/mol/Kである。 BBCの電解槽の温度は、80℃であるので、その時の理論分解電圧を求める。水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/mol/K,28.8J/mol/K,29.4J/mol/Kである。定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。BBCの電解槽は加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと仮定する。 以上から、80℃での生成エンタルピーΔHは284.051KJ/molとなる。これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.47Vが得られる。 80℃の生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引いて228.4KJとなる。これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、1atm,70℃での理論分解電圧1.18Vが得られる。この理論分解電圧は1atm,25℃の1,23Vより低く、現代の電気化学や最新工業化学に示されているとおりである。 表に槽電圧2.04Vとあるので、これより理論分解電圧を引き、過電圧は0.86Vとなる。よって、電圧効率は57%である。 電解電力4.9kWh/Nm?H?とあるので、水素を理想気体として単位換算すると、395kJ/molとなる。これで先に求めた生成エンタルピーを割れば、エネルギー変換効率72%が得られる。
A.電池-放電 水電解-充電 起電力＝電位差 水の電気分解-1.23V 酸素の反応 ４分子分離 チーム名 無し 出澤一馬 高橋大喜 電解槽BBCのエネルギー変換効率を求めた 表5.5よりBBCを選んだ。 水の標準生成ギブズエネルギーは237.2kJ/molであり、標準生成エンタルピーは285.8kJ/molになる。標準状態は1atm,25℃であるので、298.15Kになる。 ΔG°=ΔH°-TΔS゜であるから、298.15Kのときのエントロピー変化ΔS°は163J/mol/Kである。 水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。 電解槽BBCの温度80℃より、25℃から80℃までの熱エネルギーの収支をとる。 H2O（液,1atm,25℃）=H2（気,1atm,25℃）+1/2O2（気,1atm,25℃）-285.8kJ H2O（液,1atm,25℃）=H2O（液,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80-25)=)4.1415kJ H2（気,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）-(28.8/1000×(80-25)=)1.584kJ 1/2O2（気,1atm,25℃）=1/2O2（気,1atm,80℃）-(29.4/1000÷2×(80-25)=)0.8085kJ H2O（液,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）+1/2O2（気,1atm,80℃）-283.812kJ よって70℃での生成エンタルピーΔHは283.8kJ/molとなる。 これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.46Vが得られる。 80℃の生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引いて237.2kJ/molとなる。 これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、1atm、70℃での理論分解電圧1.23Vが得られる。 表5.5に槽電圧2.04Vとあるので、これより理論分解電圧を引き、過電圧ηは0.81Vとなる。 よってp.124の式より、電圧効率は60%である。 表5.5に電解電力4.9kWh/Nm3H2とあるので、水素を理想気体として単位換算すると 395.2kJ/molとなる。これで先に求めた生成エンタルピーΔHを割れば、 エネルギー変換効率71.8%が得られる。
A.再話 電気による分解の反応は理論上の電圧によって実際に必要な電圧は大きく、理論上の電圧で割った値が電圧効率である。ある物質の電気分解を通して、理論稼働電圧、理論分解電圧、電力効率を求められるt－ふぇるの式について学ぶ。 発表の要旨 演題：水分解のエネルギー変換効率を求めよ 復習の内容：表5・5の水電解槽から、BBCの電解槽を選んだ。 水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は、237.2kJ/molであり、 標準生成エンタルピーΔfH°は、285.8kJ/molである。 298.15Kのときのエントロピー変化ΔS°は163J/mol/Kである。 H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）-285.8kJ H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）・・・ΔfH°＝285.8kJ BBCの電解槽の温度は80℃である。 水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。 定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。BBCの電解槽は、加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと仮定する。 以上の仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーを収支をとる。 よって80℃での生成エンタルピーΔHは284.05kJ/molとなる。 これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、70℃での理論稼働電圧1.47Vが得られる。 表5.5に槽電圧2.04Vとあるので、これより理論分解電圧を引き、過電圧ηは0.86Vとなる。 よって、電圧効率は62%である。 電解電力4.9kWh/Nm3H2とあるので、水素を理想気体として単位換算すると 395kJ/molとなる。これで先に求めた生成エンタルピーΔHを割れば、 エネルギー変換効率72%が得られる。
A.講義の再話 電気による分解の反応は理論上の電圧より実際に必要な電圧は大きく理論上の電圧を実際にもので割った値が電圧効率である。 発表の要旨 水電解のエネルギー変換効率を求めてみましょう 滝口裕也、?橋俊亮 De Noraの電解槽を選択した。 水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は、237.2kJ/mol、標準生成エンタルピーΔfH°は、285.8kJ/molであるため、標準状態でのエントロピー変化ΔS°は163J/mol/Kを求めた。 復習の内容 グループワークでは計算が終わらなかったので、時間外に計算し理論稼働電圧1.47V、理論分解電圧1.17V、過電圧0.73V、電圧効率61.5%である。
A.・分解電圧について学んだ ・水分解のエネルギー変換効率 ・水を電気分解して水素を作る場合、現在の電解効率は約60?70% で、得られた水素を燃料とする燃料電池の発電効率はPEFC（固体高分子型）で約40%、SOFC （固体酸化物型）で約50%である
A.BBCの電解槽を選んだ。 水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は、237.2kJ/molであり、標準生成エンタルピーΔfH°=285.8kJ/molである。 の電解槽の温度は80℃であるので、そのときの理論分解電圧を求める。25℃～80℃のときの熱エネルギー収支をヘスの法則よりとる。 25℃の際の標準生成エンタルピーが285.8kJ/mol (75.3/1000×(80－25)=)4.1415 (28.8/1000×(80－25)=)1.584 (29.4/1000÷2×(80－25)=)0.8085より 80℃の際の標準生成エンタルピーは279.266kJ/molとなる。これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論分解電圧は1.44Vが得られる。
A.BBCの電解槽を選んだ。水の標準生成ギブズエネルギーは237.2kJ/molであり、標準生成エンタルピーは285.8kJ/molである。ヘスの法則より理論電解電圧を計算すると、Q＝(-753/1000)×(80-25)より1.16Vであることが分かった。
A.分解電圧とは何かを学びました。 水電解のエネルギー変換効率について調べた。 水電解のエネルギー変換効率を求めるためにbbcについて調べまとめた。
A.再話：電気による分解の反応は理論上の電圧により実際に必要な電圧は大きく理論上の電圧を実際に物で割った値が電圧効率である。ある物質の電気分解について、理論稼働電圧、理論分解電圧、電力効率を求められるターフェルの式について主に学んだ。 発表の要旨 題材：水電解のエネルギー変換効率を求めてみましょう。 チーム名：麦茶 メンバー：?根澤颯太、皆川文音、山崎優月、斎藤滉平、佐々木渉太、川口倖明、高橋一颯 役職：調査 復習の内容：表5・5の水電解槽から、BBCの電解槽を選んだ。 水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は、237.2kJ/molであり、 標準生成エンタルピーΔfH°は、285.8kJ/molである。 298.15Kのときのエントロピー変化ΔS°は163J/mol/Kである。 H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）-285.8kJ H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）・・・ΔfH°＝285.8kJ BBCの電解槽の温度は80℃である。 水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。 定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。BBCの電解槽は、加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと仮定する。 以上の仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーを収支をとる。 よって80℃での生成エンタルピーΔHは284.05kJ/molとなる。 これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、70℃での理論稼働電圧1.47Vが得られる。 表5.5に槽電圧2.04Vとあるので、これより理論分解電圧を引き、過電圧ηは0.86Vとなる。 よって、電圧効率は62%である。 電解電力4.9kWh/Nm3H2とあるので、水素を理想気体として単位換算すると 395kJ/molとなる。これで先に求めた生成エンタルピーΔHを割れば、 エネルギー変換効率72%が得られる。
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A.[発表の要旨] 私たちのグループは、表5・5の水電解槽から、BBCの電解槽を選んだ。 水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は、237.2kJ/molであり、 標準生成エンタルピーΔfH°は、285.8kJ/molである。 298.15Kのときのエントロピー変化ΔS°は163J/mol/Kである。 H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）-285.8kJ H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）・・・ΔfH°＝285.8kJ BBCの電解槽の温度は80℃である。 水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。 定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。BBCの電解槽は、加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと仮定する。 以上の仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーを収支をとる。 計算すると、80℃での生成エンタルピーΔHは279kJ/molと求められる。 これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.45Vが得られる。
A.BBC BBCの電解槽の温度は80℃であるため、仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃までの必要な熱エネルギーの収支をとる。 H2O（液,1atm,25℃）=H2（気,1atm,25℃）+1/2O2（気,1atm,25℃）-285.8kJ H2O（液,1atm,25℃）=H2O（液,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80-25)=)4.1415kJ H2（気,1atm,25℃）=H2（気,1atm,80℃）-(28.8/1000×(80-25)=)1.584kJ 1/2O2（気,1atm,25℃）=1/2O2（気,1atm,70℃）-(29.4/1000÷2×(70-25)=)0.8085kJ H2O（液,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）+1/2O2（気,1atm,80℃）-284.051 よって80℃での生成エンタルピーΔHは284.0kJ/molとなる。 これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.47Vが得られる。
A.電流をファラデー定数と反応に関与する電子の数で割ると反応速度が求められる。 水分解のエネルギー変換効率について、Cp＝5.196と求められた。
A.水電解槽BBCについて調べた。 BBCの電解槽の温度は80度である。水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.35/mol/K、28.8J/mol/K、 29.4J/mol/Kであり、定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと仮定する。以上 の仮定とヘスの法則を使って25%から80%まで必要な熱エネルギーを収支をとる。 H20 (iS, latm,25%) =H2 (S, latm, 25°) +1/202 (I, latm,25°) -285.8kJ H20 (it, latm, 25%) = H20 (I, latm, 80°) -4.1415kJ H2 (S, latm, 25%) =H2 (5, latm, 80°) - 1.584kJ 1/202 (気，latm, 25%） =1/202 (S, latm,80°9) -0.8085kJ H20（液，latm,80°c） =H2（気，latm, 80°0） +1/202 （気，latm, 80°0) -284.051kJ よって80°cでの生成エンタルピーは284.1kJ/molとなる。これをファラデー定数と反応に関与する電子数2で割ると、80%での理論稼働電圧1.47vが得られる。
A.水の標準生成ギブズエネルギーは237,2kj/mol 標準生成エンタルピーは285.86kj/mol BBCの電解槽温度 80℃ 75.3/1000×55=4.14kj 22.8/1000×55=1.58kj
A.
A.【講義の再話】 燃料電池は放電を利用しており、水電池は充電を利用している。 【発表の要旨】 演題「水電解のエネルギー変換効率を求めてみましょう」、グループ名「BBC」、共著者名「富樫聖斗、滋野玲音、新井駆」、自身の役割「調査」 BBCの電解槽を選択肢、80℃のときの理論分解電圧をエネルギーの収支関係から求めた。 また、層電圧と理論分解電圧から過電圧を求めた。さらに、電圧効率を利用し、水素のエネルギー変換効率を求めた。発表の際には、計算手順について説明しようとグループ内で話し合った。 【復習の内容】 ●選んだ電解槽：「BBC」 BBCの電解槽の温度は80℃であるので、この条件における理論分解電圧を求める。 水(液体)、水素(気体)、酸素(気体)の標準定圧モル熱容量は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。 簡単にするため、定圧モル熱容量の温度依存性と電解槽の力学エネルギーの収支はないと仮定する。以上の仮定とヘスの法則を用いて、25℃から80℃まで必要な熱エネルギーの収支をとったところ、80℃での生成エンタルピーは、284.9kJ/molとなる。これをファラデー定数と反応に関与する電子数2で割ると、80℃における理論稼働電圧1.48Vが得られる。 エントロピー変化に温度依存性がないと仮定すると、80℃における生成ギブズエネルギーの変化は生成エンタルピーの変化から、温度とエントロピー変化の積を引くことで求めることができ、227.3kJ/molであることがわかる。これをファラデー定数と電子数2で割ると、1atmで80℃という条件では、理論電解分圧1.18Vが得られる。 ＢＢＣの層電圧は2.04Vであるから、理論電解分圧との差を取ることで、過電圧は0.86Vであると求めることができた。さらに、P.124式より、電圧効率は58%程度である。また、水素を理想気体として場合のエネルギー変換効率は70%程度である、３割が廃熱となっている。
A.表５．５の水電解槽から、BBCの電解槽を選んだ。 過電圧を求めるのに、理論分解電圧を求める。 水の標準ギブズエネルギーΔfG゜：237.2kJ/mol 標準エンタルピーΔfH゜：285.8kJ/mol 標準状態は、1atm、25℃であるため298.15Kである。 298.15Kの時のエントロピー変化ΔS゜は0.163kJ/mol/Kである。 水(液）、水素(気）、酸素(気）の標準定圧モル熱容量Cp゜はそれぞれ 75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。 ヘスの法則を使って25℃から80℃までの必要な熱エネルギーを求めると 80℃での生成エンタルピーΔHは284.99kJ/molとなる。 80℃での理論稼働電圧は1.48Vが得られる。 最新工業化学p40図３．２の傾きが一定であることからΔSの温度依存性はないと仮定し、ΔS゜を使うと 80℃での生成ギブズエネルギーΔGは227.4kJ/mol 1atm、80℃での理論分解電圧は1.17Vが得られる。 表5.5に槽電圧2.04Vとあるので過電圧は0.87Vとなる。 電圧効率は59％ 表5.5に電解電力4.9kWh/Nm3H2とあるので、水素を理想気体として単位換算すると395.2kJ/molとなる。これで先に求めた生成エンタルピーΔHを割れば、エネルギー変換効率72％が得られる。
A.・講義の再話 第8回の講義では、工業電解と分解電圧について学習しました。水電解に必要なエネルギー、水の電位窓について学習し、分解電圧や過電圧に対する理解を深めました。 ・発表の要旨 演題：水電解のエネルギー変換効率 グループ名：BBC 役割：調査 共著者名：佐々木秀人，平野一真，山崎光大 BBCの電解槽について調査しました．計算が途中でしたが，80℃での生成エンタルピーは284.051kJ/molとなることがわかりました． ・復習の内容 表5.5の水電解槽から，BBCの電解槽を選びました。過電圧を求めるのに，理論分解電圧を求めます。理論分解電圧はpHに依存しません。水の標準生成ギブズエネルギーは237.2kJ/molであり，標準生成エンタルピーは285.8kJ/molです。標準状態におけるエントロピー変化は163J/mol/Kです。BBCの電解槽は80℃であるので，そのときの理論分解電圧を求めます。水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kです。簡単にするため、定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定します。BBCの電解槽は、加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと仮定します。以上の仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーを収支をとります。80℃での生成エンタルピーは284.051kJ/molとなります。これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.47Vが得られます。最新工業化学p.40図3.2の傾きが一定のことから、ΔSの温度依存性はないと仮定し、ΔS°を使うこととします。すると80℃の生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引いて226.48755kJ/molとなります。これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、1atm、80℃での理論分解電圧1.17Vが得られます。この理論分解電圧は、1atm、25℃の1.23Vより低く、現代の電気化学p.126図5.3や最新工業化学p.41図3.3に示されている通りです。表5.5に槽電圧2.04Vとあるので、これより理論分解電圧を引き、過電圧ηは0.866Vとなります。よってp.124の式より、電圧効率は57%です。この過電圧には、溶液抵抗による抵抗過電圧のほか、電気化学p.51式2.116や最新工業化学p60図3.24などに示される、活性化過電圧、濃度過電圧が含まれます。表5.5に電解電力4.9kWh/Nm3H2とあるので、水素を理想気体として単位換算すると395.2 kJ/molとなります。これで先に求めた生成エンタルピーΔHを割れば、 エネルギー変換効率72%が得られます。このことは太陽光発電や洋上風力発電などの再生可能エネルギーを利用して、水素を製造した場合、 エネルギーの28%が廃熱となってしまうことを意味します。
A.【講義の再話】 平衡電位から求められる理論分解電圧と実際に反応の始まる分解電圧には差があり、この差が過電圧であることを学びました。 【発表の要旨】 グループ名 BBC メンバー 小川駿太 小河詢平 丹野覚佑 鈴木郁磨 関馨太 教科書から電解槽としてBBCを選択し、エネルギー変換効率を求めようとしたが、熱エネルギー収支の計算について行ったところで終了してしまった。 【復習の内容】 私達のグループは表5.5の水電解槽から、BBCの電解槽を選択した。 過電圧を求めるために、理論分解電圧を求める。理論分解電圧はpHに依存せず、水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は、237.2kJ/molであり、 標準生成エンタルピーΔfH°は、285.8kJ/molである。 標準状態は1atm,25℃であるので298.15Kである。ΔG°=ΔH°-TΔS°であるから、298.15Kのときのエントロピー変化ΔS°は163J/mol/Kである。 H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）-285.8kJ H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）・・・ΔfH°＝285.8kJ BBCの電解槽の温度は、80℃であるので、そのときの理論分解電圧を求める。 水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。BBCの電解槽は、加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと仮定する。以上の仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーの収支をとる。 H2O（液,1atm,25℃）=H2（気,1atm,25℃）+1/2O2（気,1atm,25℃） -285.8kJ H2O（液,1atm,25℃）=H2O（液,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80-25)=) 4.1415kJ H2（気,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）-(28.8/1000×(80-25)=) 1.584kJ 1/2O2（気,1atm,25℃）=1/2O2（気,1atm,80℃）-(29.4/1000÷2×(80-25)=) 0.8085kJ H2O（液,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）+1/2O2（気,1atm,80℃） -284.051kJ よって80℃での生成エンタルピーΔHは284.1kJ/molとなる。 これをファラデー定数F（96485 C/mol）と反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.47Vが得られる。 最新工業化学p.40図3.2の傾きが一定のことから、ΔSの温度依存性はないと仮定し、ΔS°を使うこととする。80℃の生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引いて226.488kJ/mol?226.5kJ/molとなる。これをファラデー定数F(96485C/mol)と反応に関与する電子数2で割ると1atm、80℃での理論分解電圧1.17Vが得られる。この理論分解電圧は1atm、25℃の1.23Vより低く、現代の電気化学p.126図5.3や最新工業化学p.41図3.3に示されている通りである。 表5.5に槽電圧2.04Vとあるので、これより理論分解電圧を引き、過電圧ηは0.87Vとなる。p.124の式より電圧効率は57%である。この過電圧には溶液抵抗による抵抗過電圧のほか、電気化学p.51式2.116や最新工業化学p60図3.24などに示される、活性化過電圧、濃度過電圧が含まれる。 表5.5に電解電力4.9kWh/Nm3H2とあるので、水素を理想気体として単位換算すると 395.2kJ/molとなる。これを生成エンタルピーΔHで割れば、 エネルギー変換効率は72%である。
A.私たちのグループでは，表5.5の水電解槽から，BBCの電解槽を選んだ．BBCの電解槽の温度は，80℃であるので， そのときの理論分解電圧を求める．水（液），水素（気），酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は，それぞれ75.3J/mol/K, 28.8J/mol/K, 29.4J/mol/Kである．簡単にするため，定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する．BBCの電解槽は， 加圧していないので，力学エネルギーの収支はないと仮定する．以上の仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃までの必要な熱エネルギーの収支をとる． H2O（液,1atm, 25℃）=H2（気,1atm, 25℃）+1/2O2（気,1atm, 25℃）-285.8kJ H2O（液,1atm, 25℃）=H2O（液,1atm, 80℃)-(75.3/1000×(80ー25)=)4.1415kJ H2（気,1atm, 80℃）=H2（気,1atm, 80℃）-(28.8/1000×(80-25)=)1.584kJ 1/2O2（気,1atm, 25℃）=1/2O2（気,1atm, 80℃）-(29.4/1000÷2×(80-25)=)0.8085kJ H2O（液,1atm, 80℃)=H2（気,1atm, 80℃）+1/2O2（気,1atm,80℃）-279.266kJ 80℃での生成エンタルピーは279.266kJ/molである．これをファラデー定数と反応に関与する電子数2で割ると，80℃での理論稼働電圧1.44Vが得られる． 理論稼動電圧の求め方を理解する機会になったのでとても良かった．
A.水電解槽の理論分解電圧は、電解槽の温度が高いほど低くなる。今回は電解槽として副極式のBBCを選んだ。BBCは80℃条件下において行うので、各物性値を参照した上で計算すると80℃での生成エンタルピーΔHは279.6kJ/molとなった。これをファラデー定数と反応に関する電子数4で除算すると理論稼働電圧0.72Vが得られる。
A.水を電気分解する時のエネルギーを求めました。
A.私たちの班では、鉛蓄電池の理論分解電圧、過電圧、電圧効率と、電気で水素を得たときのエネルギー変換効率を求めました。しかし、理論分解電圧とは、電気分解において、電解生成物が引続いて析出できるよう端子に加えるべき最小電圧ということがわかりましたが、計算方法が分かりませんでした。
A.平衡電位の差の理論分解電圧を超えたからといってすぐには反応ははじまらないことがわかった。 表5.5の水電解槽から、BBC.の電解槽を選んだ。過電圧を求めるのに、理論分解電圧を求める。水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は、237.2kJ/molであり、 標準生成エンタルピーΔfH°は、285.8kJ/molである。 標準状態は、1atm,25℃であるので、298.15Kである。 ΔG°=ΔH°-TΔS°であるから、298.15Kのときのエントロピー変化ΔS°は163J/mol/Kである。 H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）-285.8kJ H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）・・・ΔfH°＝285.8kJ BBCの電解槽の温度は、80℃であるので、そのときの理論分解電圧を求める。 水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。 簡単にするため、定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。BBCの電解槽は、加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと仮定する。 以上の仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギー収支をとると80℃での生成エンタルピーΔHは284.1kJ/molとなる。 これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.48Vが得られる。80℃の生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引いて228.2kJ/molとなる。 これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、1atm、80℃での理論分解電圧1.18Vが得られる。 表5.5に槽電圧2.04Vとあるので、これより理論分解電圧を引き、過電圧ηは0.86Vとなる。 よってp.124の式より、電圧効率は58%である。 この過電圧には、溶液抵抗による抵抗過電圧のほか、電気化学p.51式2.116や最新工業化学p60図3.24などに示される、活性化過電圧、濃度過電圧が含まれる。表5.5に電解電力4.9kWh/Nm3H2とあるので、水素を理想気体として単位換算すると 395.2kJ/molとなる。これで先に求めた生成エンタルピーΔHを割れば、 エネルギー変換効率72%が得られる。 水酸化ナトリウム水溶液の電気分解について、授業資料の表の中を詳しく調べた。
A. 水電解槽としてBBCを選んだ。 理論分解電圧はpHに依存しない。水の標準生成ギブズエネルギーは237.2kJ/molであり、標準生成エンタルピーは285.8kJ/molである。標準状態は、1atm,25℃であるので、298.15Kである。よって標準状態でのエントロピー変化は163J/mol/Kである。 BBCの電解槽の温度は、80℃であるので、そのときの理論分解電圧を求める。水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。簡単にするため、定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。BBCの電解槽は、加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと仮定する。以上の仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギー収支をとる。 H2O（液,1atm,25℃）=H2（気,1atm,25℃）+1/2O2（気,1atm,25℃）-285.8kJ H2O（液,1atm,25℃）=H2O（液,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80-25)=)4.1415kJ H2（気,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）-(28.8/1000×(80-25)=)1.584kJ 1/2O2（気,1atm,25℃）=1/2O2（気,1atm,80℃）-(29.4/1000÷2×(80-25)=)0.8085kJ H2O（液,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）+1/2O2（気,1atm,80℃）-284.051kJ よって80℃での生成エンタルピーは284kJ/molとなる。これをファラデー定数と反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.47Vが得られる。
A.電解槽 BBCでは H279ｋｊ/mol 理論分解電圧 279/2F＝1.44582059V 過電圧 1.445V 電圧効率 エネルギー変換効率７０％となり、以外と効率が良いことがわかった。
A.「講義の再話」 水の分解電圧について学んだ。 「発表の要旨」 演題：水電解のエネルギー変換効率を求めてみましょう チーム名：BBC メンバー：滋野玲音、富樫聖斗、篠原凛久、新井駆 電解槽の温度は80℃であるから、 水の生成エンタルピーは-251.463kJ/mol 「復習の内容」 分解電圧とエンタルピーの関係性について再確認した。
A.80℃における標準定圧モル熱容量の温度依存を無いと仮定 BBCの電解槽：加圧なし→力学的エネルギー収支なし ヘスの法則より、25℃?70℃までの熱収支
A.授業内では、ある物質の電気分解について、理論稼働電圧、理論分解電圧、電力効率を求められるターフェルの式について主に学んだ。 また、グループワークとして以下の内容で討論を行い、グループの結論を導いた。 このグループワークにおいて、私は執筆-原稿作成に取り組んだ。 演題：水電解のエネルギー変換効率を求めよう グループ名：不明 共著者名：平尾朱理、宍戸智哉、佐藤智哉、佐藤有紗、八巻花樺 私たちは表5.5の水電解槽から、BBCの電解槽を選んだ。 水の標準生成ギブズエネルギーは237.2 kJ/mol、標準生成エンタルピーは285.8kJ/molである。また、標準状態では温度は298.15 Kであるから、ギブズの自由エネルギー式より、この時のエントロピー変化は163J/molである。 ここで、BBCの電解槽の温度は80℃であるから、ヘスの法則を利用して25℃から80℃まで必要な熱エネルギー収支とると、80℃での生成エンタルピーは284.05kJ/molであった。これをファラデー定数と反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.47Vが得られた。 ここで、ギブズの自由エネルギー式より、80℃の生成ギブズエネルギーは、226.5 kJ/molとなる。したがって、これをファラデー定数と反応に関与する電子数2で割ると、1気圧80℃での理論電解分圧は、1.17Vが得られた。この理論分解電圧は、1気圧25℃での理論分解電圧、1.23Vよりも低いあたいである。表5.5より、槽電圧は2.04Vであるから、その値から求めた理論電解分圧の値を引いて、過電圧は、0.87Vと求められた。したがって、p124の式を用いると、電圧効率は74%と求められた。また、エネルギー変換効率は、表5.5のデータを参考にして計算すると、72%と求められた。 授業時間外の取り組みとして、水の電気分解における理論稼働電圧及び理論分解電圧と温度の関係を縦軸を電圧[V]、横軸を温度[℃]としてプロットした。
A.分解電圧を調べる際、電圧を掃引して電流を測定する。これをLSVということもある。電解電圧曲線から、溶液抵抗の傾きを外挿して、分解電圧を求める。理論分解電圧から分解電圧を引いて、過電圧を求める。過電圧を電流密度の対数の関係をダーフェルプロットという。
A.BBC H2O(液)=H2(気)+1/2O(気)-285.8kJ H2O(液)=H2(気)+1/2O(気) Δf＝285.8kJ 電界層の温度は80℃だから、水(液)、水素(気)、酸素(気)の標準定圧モル熱容量Cp0は 285.8÷(80-25)=5.196
A.私はBBCについ調べました。 BBCの電解槽として H2O（液）＝H2（気）＋1/2O2（気）-285.8KJ ΔG＝ΔHーTΔSであったため、エントロピー変化は ΔS＝163J/mol・Kが求められた。
A.講義の再話 電力効率とターフェルの式について学んだ。 発表の要主 ターフェル式とは電気化学反応の速度と過電圧との間の関係を記述する方程式である。 復習の内容 グラフの傾きは過電圧を意味する。
A.再話：水の理論分解電圧は、1.23Vであり、基本となる。 発表の要旨：BBCの電解槽を選択し、議論した。理論分解電圧の計算を行った。 復習の内容：H2O（液,1atm,25℃）=H2（気,1atm,25℃）+1/2O2（気,1atm,25℃）-285.8kJ H2O（液,1atm,25℃）=H2O（液,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80－25)=)4.14kJ H2（気,1atm,70℃）=H2（気,1atm,70℃）-(28.8/1000×(80-25)=)1.589kJ 1/2O2（気,1atm,25℃）=1/2O2（気,1atm,70℃）-(29.4/1000÷2×(80-25)=)0.8085kJ H2O（液,1atm,70℃）=H2（気,1atm,70℃）+1/2O2（気,1atm,80℃）-284.369kJ 最新工業化学p.40図3.2の傾きが一定のことから、ΔSの温度依存性はないと仮定し、ΔS°を使うこととする。 すると80℃の生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引いて284.1kJ/molとなる。 これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、1atm、80℃での理論分解電圧1.42Vが得られる。 表5.5に槽電圧2.04Vとあるので、これより理論分解電圧を引き、過電圧ηは0.62Vとなる。 よってp.124の式より、電圧効率は約70%である。
A.BBCの電解槽について調べた。水の標準生成ギブズエネルギーは237.2kJ/mol、水の標準生成エンタルピーは285.8kJ/molである。また、液体の水が気体の水素と酸素に分解する反応に必要なエネルギーは水の標準生成エンタルピーは285.8kJ/molであることより、-285.8kJ/molである。ここで、標準状態で液体の水が気体の水素と酸素に分解する反応に必要なエネルギーは-285.8kJ/mol、液体の水を気体の水にするのに必要なエネルギーは4.14kJ/molとなる。
A.
A.
A.水の理論分解電圧（充電）が1.23V、燃料電池の起電力（放電）１．２３V。 水電解槽はBBC槽選び、80℃
A.授業では、水を水素と酸素に熱分解しようとすると2500度必要だが、電気分解を行えばすぐに酸素と水素に分解できると学んだ。また、水電解のエネルギー変換効率についても学んだ。 ワークショップでは、水電解のエネルギー変換効率を題材に、BBCの電解槽について議論し、そのエネルギー変換効率について話し合った。 復習は以下の通りです。表5.5の水電解槽から、BBCの電解槽を選んだ。 80℃での生成エンタルピーΔHは284.1KJ/molとなり、これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.47Vが得られた。 また、80℃の生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引いて228.4KJとなる。これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、1atm,80℃での理論分解電圧1.18Vが得られる。 槽電圧2.04Vとあるので、これから理論分解電圧を引くと、過電圧は0.86Vとなり、電圧効率は57%であることが分かる。 電解電力4.9kWh/Nm3H2とあるので、水素を理想気体として単位換算すると、395kJ/molとなる。先ほど求めた生成エンタルピーを割ると、エネルギー変換効率72%が得られた。
A.表5.5の水電解槽から、BBCの電解槽を選んだ。過電圧を求めるのに、理論電解分圧を求める。現代の電気化学からわかるように、理論分解電圧はphに依存しない。水の標準生成ギブズエネルギーは237.2kJ/molであり、標準生成エンタルピーは285.8kJ/molである。標準状態は、1atm,25℃であるので、298.15Kである。エントロピー変化は163J/mol/Kである。BBCの電解槽の温度は80℃であるので、そのときの理論分解電圧を求める。水、水素、酸素の標準安定モル熱容量は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。簡単にするため、低圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。BBCの電解槽は、加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと考えられる。以上のヘス法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーを収支とする。よって80℃の生成エンタルピーは-278kJ/molとなる。今回は時間が無くて講義中にはここまででしかできませんでした。
A.理論分解電圧と分解電圧の差を過電圧という。 過電圧には抵抗過電圧、濃度過電圧、活性化過電圧がある。 表5.5の水電解槽からBBCの電解槽を選んだ。 水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は、237.2kJ/molであり、 標準生成エンタルピーΔfH°は、285.8kJ/molである。 標準状態は、1atm,25℃であるので、298.15Kである。 ΔG°=ΔH°-TΔS°であるから、298.15Kのときのエントロピー変化ΔS°は163J/mol/Kである。 H?O（液）=H?（気）+1/2O?（気）-285.8kJ H?O（液）=H?（気）+1/2O?（気）・・・ΔfH°＝285.8kJ ヘスの法則を使ってBBC電解槽で25℃から80℃まで必要な熱エネルギーを収支をとる。 H?O（液,1atm,25℃）=H?（気,1atm,25℃）+1/2O?（気,1atm,25℃）-285.8kJ H?O（液,1atm,25℃）=H?O（液,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80-25)=)4.1415kJ H?（気,1atm,80℃）=H?（気,1atm,80℃）-(28.8/1000×(80-25)=)1.584kJ 1/2O?（気,1atm,25℃）=1/2O?（気,1atm,80℃）-(29.4/1000÷2×(80-25)=)0.8085kJ H2O（液,1atm,80℃）=H?（気,1atm,80℃）+1/2O?（気,1atm,80℃）kJ 演習課題の計算しきれなかった分を復習として調べ、計算した。
A.講義の再話 ターフェルの式から電圧効率を求める方法や、アルミニウムの溶融塩田会や食塩電解の仕組みについて学んだ。 発表の要旨 グループ名：BCC 共著者名：富樫聖斗、篠原凛久、滋野玲音 私たちのグループではBBCについて調査した。電解槽の温度は80℃であるので、その時の理論電解圧を求める。 復習の内容 80℃での生成エンタルピーは水の生成エネルギーと温度変化によるエントロピー変化の総和であるので、-251.463kJ/molであることが分かった。
A.講義の再話 平衡電位の差の理論分解電圧を超えてもすぐには反応せず、実際に反応が始まる電圧とは異なる。この電圧を分解電圧という。理論分解電圧と分解電圧の差を過電圧といい、抵抗過電圧、濃度過電圧、活性化過電圧がある。 発表の要旨 グループ名：BCC 共著者名：新井駆、篠原凛久、滋野玲音 電解槽でBBCを選んだ。電解槽の温度が80℃の理論分解電圧を求めた。 復習の内容 電解槽でBBCを選んだ。 過電圧を求めるのに、理論分解電圧を求める。水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は、237.2kJ/molであり、標準生成エンタルピーΔfH°は、285.8kJ/molである。標準状態は、1atm,25℃であるので、298.15Kである。ΔG°=ΔH°-TΔS°であるから、298.15Kのときのエントロピー変化ΔS°は163J/mol/Kである。 H?O（液）=H?（気）+1/2O?（気）-285.8kJ H?O（液）=H?（気）+1/2O?（気）・・・ΔfH°＝285.8kJ BBCの電解槽の温度は、80℃である。水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。BBCの電解槽は、加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと仮定する。 以上の仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーを収支をとる。 H?O（液,1atm,25℃）=H?（気,1atm,25℃）+1/2O?（気,1atm,25℃）-285.8kJ H?O（液,1atm,25℃）=H?O（液,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80-25)=)4.1415kJ H?（気,1atm,25℃）=H?（気,1atm,80℃）-(28.8/1000×(80-25)=)1.584kJ 1/2O?（気,1atm,25℃）=1/2O?（気,1atm,80℃）-(29.4/1000÷2×(80-25)=)0.8085kJ H?O（液,1atm,80℃）=H?（気,1atm,80℃）+1/2O2（気,1atm,80℃）-284.051kJ よって80℃での生成エンタルピーΔHは284.1kJ/molとなる。これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.47Vが得られる。 最新工業化学p.40図3.2の傾きが一定のことから、ΔSの温度依存性はないと仮定し、ΔS°を使うこととする。すると80℃の生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引いて226.5kJ/molとなる。これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、1atm、80℃での理論分解電圧1.17Vが得られる。この理論分解電圧は、1atm、25℃の1.23Vより低く、現代の電気化学p.126図5.3や最新工業化学p.41図3.3に示されている通りである。 表5.5に槽電圧2.04Vとあるので、過電圧ηは0.87Vとなり、電圧効率は57%である。 この過電圧には、溶液抵抗による抵抗過電圧のほか、電気化学p.51式2.116や最新工業化学p60図3.24などに示される、活性化過電圧、濃度過電圧が含まれる。 表5.5に電解電力4.9kWh/Nm?H?とあるので、水素を理想気体として単位換算すると 395.2kJ/molとなる。これで先に求めた生成エンタルピーΔHを割れば、エネルギー変換効率72%が得られる。このことは太陽光発電や洋上風力発電などの再生可能エネルギーを利用して、水素を製造した場合、エネルギーの28%が廃熱となってしまうことを意味する。
A.[水電解のエネルギーの変換効率を求めてみましょう] 私達のグループではBBCについて調査、議論しました。 BBCの電解槽として H2O（液）＝H2（気）＋1/2O2（気）-285.8KJ ΔG＝ΔHーTΔSであり、エントロピー変化は ΔS＝163J/mol・K となりました。 5E3409A6-1612-4DE8-AE34-42073BB83855.jpeg
A.講義内のテーマに対して、私たちの班ではBBC使用条件における水電解槽の理論分解電圧を対象とし以下のように求めた。 BBCは80℃条件下にて行うため以下のような式を立てた。 H2O（液,1atm,25℃）=H2（気,1atm,25℃）+1/2O2（気,1atm,25℃）-285.8kJ H2O（液,1atm,25℃）=H2O（液,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80-25)=4.1415kJ H2（気,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）-(28.8/1000×(80-25)=1.254kJ 1/2O2（気,1atm,25℃）=1/2O2（気,1atm,80℃）-(29.4/1000÷2×(80-25)=0.8085kJ H2O（液,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）+1/2O2（気,1atm,80℃）-279.596kJ 上記より80℃での生成エンタルピーΔHは279.6kJ/molとなる。 さらに、ファラデー定数Fと反応に関与する電子数4(複極のため)で割ると、80℃での理論稼働電圧0.72Vが得られた。
A.BBC H2O=H2+1/2O2=285.8kJ H2O=H2O=4.142kJ H2=H2=1.584kJ 1/2O2=1/2O2=0.8085kJ H2I=H2+1/2O2=284.05kJ
A.自分達のグループはBBCについて調べた。BBCは温度80℃、常圧、25％KOHの水槽電解である。25℃から80℃までの必要エネルギーをヘスの法則を用いて計算すると、279kJ/molと求まった。
A.【講義の再話】 分解電圧について学んだ。電解質溶液を白金のような化学的に安定な電極を用いて電解すると、電流は電圧の小さい領域では極めて小さく、ある電圧以上で指数関数的に上昇する。この電圧を分解電圧という。 【発表の要旨】 水電解のエネルギー変換効率を求めた。私たちの班では、表5.5の水電解槽からBBCを選んだ。水の標準生成ギブズエネルギーは237.2 kJ/mol、標準生成エンタルピーでは285.8 kJ/molである。標準状態のときのエントロピー変化は 163 J/mol/Kである。BBCの電解槽の温度は80℃であるので、このときの理論分解電圧を求める。水(液)、水素(気)、酸素(気)の標準定圧モル熱容量は、それぞれ、75.3 J/mol/K、 28.8 J/mol/K、29.4 J/mol/Kである。ヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーの収支をとる。 H?O(液,1atm,25℃)=H?(気,1atm,25℃)＋1/2O?(気,1atm,25℃)=－285.8kJ H?O(液,1atm,25℃)=H?(液,1atm,80℃)－(75.3/1000×(80－25))=4.1415kJ H?(気,1atm,80℃)=H?(気,1atm,80℃)－(28.8/1000×(80－25))=1.584kJ 1/2O?(気,1atm,25℃)=1/2O?(気,1atm,80℃)－(29.4/1000÷2×(80-25))=0.8085kJ H?O(液,1atm,80℃)=H?(気,1atm,80℃)＋1/2O?(気,1atm,80℃)=－284.051kJ よって、80℃での生成エンタルピーは284.1kJ/molである。これをファラデー定数と反応に関与する電子数2で割ると80℃での理論稼働電圧が求められる。よって、理論稼働電圧は、147Vである。80℃での生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引くと、228.4 kJ/molとなる。これをファラデー定数Ｆと反応に関与する電子数2で割ると理論分解電圧が求められる。よって、理論分解電圧は、1.18Vである。 BBCの槽電圧は、2.04Vであるため、過電圧は0.86Vである。p.124の式より、電圧効率は58％である。 【復習の内容】 テキストを参考に、温度に対する理論分解電圧と理論稼働電圧のグラフを描いた。
A.erectrolyzer.corp 温度70度 理論分解電圧 H2O(g) 75.3 H2(g)28.8 O2(g)29.4 H2O=H2+1/2O2 -285.8kJ
A.・分解電圧を調べるときは、電圧を掃引して、電流を測定する。 これをLSV（リニアスイープボルタンメトリー）ということもある。 電流電圧曲線から、溶液抵抗の傾きを外挿して、分解電圧を求める。 理論分解電圧から分解電圧を引いて、 過電圧を求める。 過電圧を電流密度の対数の関係をターフェルプロットと言う。 ・私たちの班はElectrolyzer Corpの電解槽を選んだ。水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は、237.2kJ/molであり、 標準生成エンタルピーΔfH°は、285.8kJ/molである。 ・過電圧について復習した。理論分解電圧と分解電圧の差を過電圧という。 過電圧には抵抗過電圧、濃度過電圧、活性化過電圧がある。工業電解 の場合に特に重要な析出物質、水素、酸素、塩素にはそれぞれ水素過電圧、酸素過電圧、塩素過電圧と呼ばれている。 電極の金属の種類によって過電圧が異なる。電解の場合には過電圧の小さな金属が選ばれる。 逆に電池の負極の場合には自己放電が小さく起電力が大きくなるように過電圧の大きな金属が選ばれる。
A.電力効率とターフェルの式についての話。 資料作成係 横浜 小池 飯塚 BBCについて調べた。 過電圧を求めるためにまずは理論分解電圧を求めた。理論分解電圧ではpH依存にしないので水に標準生成ギブズエネルギーは237.2KJ/mol、標準生成エントロピーは285.8KJ/molである。エンタロピー変化は163KJ/molになる。標準状態は１atmで25℃であるので298.15ｋである。ΔG°=ΔH°-TΔS°であることからエントロピー変化は163J/mol/Kになる。 BBCの電解槽の温度は80℃であるその時の理論分解電圧を求める。水、水素、酸素の標準定圧モル熱容量は温度依存性はないと仮定する。加圧していないので力学エネルギーの収支はないと仮定する。ヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーを収支をとる。その結果として80℃での生成エンタルピーは282.44となる。これを電子数2で割って141Vが得られる。最新工業化学p.40図3.2の傾きが一定のことからΔSに温度依存はないと仮定する。80℃の生成ギブズエネルギーは生成エンタルピーから引いて269KJ/molとなる。これを関与電子数2で割ると134となり、理論分解電圧は1.34Vとなる。
A.講義の再話：18世紀末に水の電気分解が実証され、ボルタ電池やダニエル電池の発明に伴い、それらを利用した水の電気分解が行われるようになった。19世紀末に水電解による工業的な水素製造ができるようになり、その後ハーバーボッシュ法によるアンモニア合成の原料として水素の需要が急激に高まった。 発表の要旨：演題はBBCの電解槽、グループ名はむぎ茶、共著者名は 川前勇斗・小泉まい・小林太陽・樫本裕希。ヘスの法則や生成エンタルピーなどを用いて、BBCの電解槽のエネルギー変換効率を求めた。自分の役割は、概念化・正式な分析・調査であった。 復習の内容：BBCの電解槽を選んだ。ヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーを収支をとると、80℃での生成エンタルピーΔHは284.1kJ/molとなった。これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.48Vが得られた。最新工業化学p.40図3.2の傾きが一定のことから、ΔSの温度依存性はないと仮定し、ΔS°を使うこととした。 すると80℃の生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引いて228.2kJ/molとなる。これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、1atm、80℃での理論分解電圧1.18Vが得られた。表5.5に槽電圧2.04Vとあるので、これより理論分解電圧を引き、過電圧ηは0.86Vとなった。 よってp.124の式より、電圧効率は58%であった。表5.5に電解電力4.9kWh/Nm3H2とあるので、水素を理想気体として単位換算すると 395.2kJ/molとなった。これで先に求めた生成エンタルピーΔHを割れば、 エネルギー変換効率72%が得られた。
A.
A.平衡電位の差の理論分解電圧を超えたからといってすぐには反応ははじまりません。 実際に反応が始まる電圧を分解電圧といいます。分解電圧を調べるときは、電圧を掃引して、電流を測定します。 これを ＬＳＶ （リニアスイープボルタンメトリー）ということもあります。 電流電圧曲線から、溶液抵抗の傾きを外挿して、分解電圧を求めます。 理論分解電圧から分解電圧を引いて、 過電圧を求めます。 過電圧を電流密度の対数の関係をターフェルプロットと言います。 電池では、電流を掃引して、電圧を測定します。 求めた電流電圧曲線は、電池の放電の 内部抵抗 を求めるのに使われます。
A.BBCの電解槽を選んだ。 過電圧を求めるのに理想分解電圧を求める。水の標準生成ギブズエネルギーは237.2kJ/molであり 標準生成エンタルピーは285.8kJ/molである。標準状態は、latm,25°Cであるので298.15kのときのエントロピー変化は163J/mol/Kである。 BBCの電解槽の温度は80°Cであるのでその時の理論分解電圧を求める。 7 5.3/1000<(80-25)=4.1415kJ 28.8/1000× (8 0-25) =1.589kJ 29.4/1000÷2 ×(80-25)=0.8085kJ よって80°Cの生成エンタルピーは284.1 kJ/molとなる。これをファラデー定数Fと反応に関する電子数2で割ると80°Cでの理論稼働電圧は1.47Vが得られる。 生成ギブズエネルギーから生成エンタルピーを引いて228.4kJ/molとなり、これをファラデー 定数Fと反応に関する電子数2で割るとlatm,8 0°Cでの理論分解電圧は1.18Vとなる。 槽電圧は2.04Vとなるので理論分解電圧を引き、過電圧は0.86Vとなる。よって電圧効率は50. 6%である。 電解電力4.9kWh/Nm3H2とあるので、水素を理想気体として単位換算すると 395.2kJ/molとなる。これで先に求めた生成エンタルピームHを割れば、エネルギー変換効率72%が得られる。このことは太陽光発電や洋上風力発電などの再生可能エネルギーを利用して、水素を製造した場合、エネルギーの28%が廃熱となってしまうことを意味する。
A.私は現代の電気化学p127から、BBCを選びました。 ヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーの収支をとる。 水25℃ -285.8kj 水80℃－25°C 4.1415kj 水素80°C 1.58kj 酸素（2分の1） 0.8085kj 水80°C=水素80°C＋酸素80° -284.99kjよって80°Cでの生成エンタルピーは284.9kj/mol この値をファラデー定数と電子数2で割ると、 1.48Ｖが得られた。
A.
A.表5.5の水電解槽から、BBCを選んだ。 過電圧を求めるのに、理論分解電圧を求める。理論電圧はpHに依存しない。水の標準生成ギブズエネルギーは237.2k]/molであり、標準生成エンタルピーは285.8k]/molである。標準状態は1atm 25度であるので、298.15Kである。この時のエントロピー変化は163]/mol/Kである。 BBCの電解槽の温度は80°Cである。水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量はそれぞれ、75.3]/mol/K28.8]/mool/K、29.4]/mol/Kである。温度依存性はないと仮定する。力学エネルギーの収支はないと仮定する。以上の仮定とヘスの法則を使って、25でから80°Cまで必要な熱エネルギーを収支をとる。 水（液、Latm、25度）＝水素（気、1atm、25度）+1/2酸素（気atm, 25度）-285.8k] 水（液、latm、25度）=水（液、1atm、80度）-(75.3/1000x（80-25） =4.1415K] 水素（気、Latm、80度）=水素（気、Latm、80度）-（28.8/1000x55）=1.589K] 1/2酸素（気、latm、25度）=1/2酸素（気、latm、80度）-(29.4/1000= 2 x55）=0.8085k］ 水（液、1atm、80度）=水素（気、Latm、80度）+1/2酸素（気1atm、80度）-284.1k] よって80°Cでの生成エンタルピーは284.1K]/molとなる。これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、80°Cでの理論稼働電圧1.47Vが得られる。 生成ギブズエネルギーから生成エンタルピーを引いて、228.4K/molとなり、これをファラデー定数Fと反応に関する 電子数2で割ると1atm80°Cでの理論分解電圧は1.18Vとなる。 槽電圧は2.04Vとなるので理論分解電圧引き、過電圧は0.86Vとなる。よって電圧効率は50.6%である。 電解電力4.9kwh/Nm3H2とあるので、水素を理想気体として、単位換算すると395.2Ky/molとなる。これで先に求めた生成エンタルピーを割れば、エネルギー変換効率72%が得られる。このことは太陽光発電や洋上風力発電などの再生可能エネルギーを利用して、水素を製造した場合、エネルギーの28%が廃熱となってしまうことを意味する。
A.ターフェル式とは電気化学反応の速度と過電圧との関係を表す方程式である。 演習ではBBCについて調べた。
A.再話：水を水素と酸素に熱分解するには高い温度が必要である。 発表の要旨 題材：水電解のエネルギー変換効率を求めてみましょう メンバー：記録していなかったため不明 グループ名：記録していなかったため不明 役職：調査 復習の内容 表5.5の水電解槽から、BBCの電解槽を選んだ。 過電圧を求めるのに、理論分解電圧を求める。 現代の電気化学p.91の (4.5)式、(4.7)式からわかるように、理論分解電圧はpHに依存しない。 水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は、237.2kJ/molであり、 標準生成エンタルピーΔfH°は、285.8kJ/molである。 標準状態は、1atm,25℃であるので、298.15Kである。 ΔG°=ΔH°-TΔS°であるから、298.15Kのときのエントロピー変化ΔS°は163J/mol/Kである。 H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）-285.8kJ H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）・・・ΔfH°＝285.8kJ BBCの電解槽の温度は、80℃であるので、そのときの理論分解電圧を求める。 水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。 簡単にするため、定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。 Electrolyzer Corp.の電解槽は、加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと仮定する。 以上の仮定とヘスの法則を使って25℃から70℃まで必要な熱エネルギーを収支をとる。 BBCの電解槽の温度は80℃であるため、仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃までの必要な熱エネルギーの収支をとる。 H2O（液,1atm,25℃）=H2（気,1atm,25℃）+1/2O2（気,1atm,25℃）-285.8 kJ H2O（液,1atm,25℃）=H2O（液,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80-25)=)4.1415 kJ H2（気,1atm,25℃）=H2（気,1atm,80℃）-(28.8/1000×(80-25)=)1.584kJ 1/2O2（気,1atm,25℃）=1/2O2（気,1atm,70℃）-(29.4/1000÷2×(70-25)=)0.8085 kJ H2O（液,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）+1/2O2（気,1atm,80℃）-284.051 kJ であるから、80℃での生成エンタルピーΔHは284.0kJ/molとなる。 これをファラデー定数F（96485 C/mol）と反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.47Vが得られる。
A.BBCについて調べた。エントロピー変化は163J/mol・Kであった。
A.・実際に平衡電位の反応が始まる電圧を分解電圧と呼ぶ。これを調べるときは、電圧を掃引して電流を測定する。電流電圧曲線から、溶液抵抗の傾きを外挿して分解電圧をもとめる。電池では、電流を掃引して電圧を測定し、求められる電球電圧曲線は内部抵抗を求める際に利用される。 ・BBCを例に挙げた。H2O(液) =H2(気) +1/2O2(気)-285.8kJ H2O (液) =H2(気)+1/2O2(気) △ｆH゜＝285.8kJ 電解槽の温度は80°であるから、水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準モル熱容量Cp°は5.196である。 ・水素過電圧について事後学習として、調査した。水素過電圧は水素イオンが金属表面で放電して原子状の水素、水素ガスになって出始める電位までの電位差を表したことである。水素過電圧は、銅、カドミウム、スズ、鉛、亜鉛、水銀の順に大きくなる。
A.表からBBCを選んだ。 過電圧を求めるために、理論分解電圧を求める。
A.8再話 分解電圧について電位窓と電気二重層容量から導出方法を学んだ．また，過電圧について抵抗過電圧、濃度過電圧、活性化過電圧それぞれについて学んだ． 発表 水電解のエネルギー変換効率を求めよう． チーム名 アルプス天然水 発表者 佐藤智哉 メンバー 平尾朱里 大堀颯斗 宍戸智哉 八巻花樺 佐藤有紗 BBCについての理論分解電圧，過電圧，電圧効率と，電気で水素を得たときのエネルギー変換効率について議論した． 復習 80℃のBBCの分解電圧について，エントロピー284.5－エンタルピー163×10－3×353K=ギブズエネルギー226.4kJと求めることができた．槽浴電圧が2.04Ｖなのでここから理論電解圧を引いて過電圧が0.87Ｖと分かった．よって，教科書の124ページの式より電圧効率が67％と分かった．また，電解電力を単位換算して先に求めた生成エンタルピーを求めるとエネルギー変換効率が73％と求めることができた．
A.[再話] 水の電気分解の式と理論電圧は以下である。 アノード：O2(g)+2H2O+4e-?4OH- 0.401V カソード:H2(g)+2OH-?2H2O+2e-＝-0.8285V [発表] 水の電気分解の方法であるBBCの電圧効率と、エネルギー変換効率を調べた。 [復習] BBCを選んだ。 水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は、237.2kJ/molであり、 標準生成エンタルピーΔfH°は、285.8kJ/molである。 標準状態は、1atm,25℃であるので、298.15Kである。 ΔG°=ΔH°-TΔS°であるから、298.15Kのときのエントロピー変化ΔS°は163J/mol/Kである。 H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）-285.8kJ H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）・・・ΔfH°＝285.8kJ 電解槽の温度は、80℃であるので、そのときの理論分解電圧を求める。 水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。 簡単にするため、定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。 BBCの電解槽は、常圧であるので力学エネルギーの収支はないと仮定する。 また、ヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーを収支をとる。 H2O（液,1atm,25℃）=H2（気,1atm,25℃）+1/2O2（気,1atm,25℃）-285.8kJ H2O（液,1atm,25℃）=H2O（液,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80-25)=4.142kJ H2（気,1atm,70℃）=H2（気,1atm,70℃）-(28.8/1000×(80-25)=)1.584kJ 1/2O2（気,1atm,25℃）=1/2O2（気,1atm,70℃）-(29.4/1000÷2×(80-25)=)0.8085kJ H2O（液,1atm,70℃）=H2（気,1atm,70℃）+1/2O2（気,1atm,70℃）-284.0505kJ よって70℃での生成エンタルピーΔHは284.0kJ/molとなる。 これをファラデー定数F=96485と反応に関与する電子数2で割ると、70℃での理論稼働電圧1.472Vが得られる。 最新工業化学p.40図3.2の傾きが一定のことから、ΔSの温度依存性はないと仮定し、ΔS°を使うこととする。 すると70℃の生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引いて228.2kJ/molとなる。 これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、1atm、70℃での理論分解電圧1.183Vが得られる。 BBCの槽電圧2.04より、過電圧は0.857Vである。よって電圧効率は58％である。また電解電力4.9kWh/Nm3H2とあり、水素を理想気体として単位換算すると 395.2kJ/molとなる。これで先に求めた生成エンタルピーΔHを割ると、エネルギー変換効率が求められ、71.9％である。例のElectrolyzer Corp.とあまり変わらなかった。
A.水を電位分解して水素を作る場合、現在の電解効率は約60％?70％で、得られた水素を燃料とする燃料電池の発電効率はＰＥＦＣで約40％ＳＯＦＣで約50％であった
A.BBCの電解槽を選んだ。 水の標準生成ギブズエネルギーは、237.2kJ/molであり、標準生成エンタルピーは285.8kJ/molである。 電解槽の温度は80℃であるため、その時の理論分解電圧を求める。25℃～80℃のときの熱エネルギー収支をヘスの法則よりとる。25℃の際の標準生成エンタルピーが285.8kJ/mol (75.3/1000×(80-25))=4.1415 (28.8/1000×(80-25))=1.584 (29.4/1000÷2×(80-25))=0.8085より、80℃の際の標準生成エンタルピーは279.266kJ/molとなる。これをファラデー定数と反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論分解電圧は1.44Vとなる。
A.水電解槽における理論分解電圧と過電圧、電圧効率、電気で水素を得たときのエネルギー変換効率を求める計算を行った。モル熱容量やエンタルピーなどの値にあまり慣れていなかったため、扱うのが難しく感じた。
A.水素は昔は石油から得られていましたが現在は水を電気分解することで得られていて、水の理論分解電圧は約1.23Vとなっています。電気はeVで表されますがエネルギー変換効率を求める際に示強因子であるVは電圧効率を示量因子であるeは電流効率をあらわしていて、電流は反応速度を表します。反応を起こす際に活性化エネルギーを越えなければいけませんがそれを超える際にかける電圧を過電圧といいます。 チーム名 ピカチュウ 森谷僚介 村岡崇弘 高村海斗 発表と意見の提出 BBCの電解槽について調べました。 水の標準生成ギブズエネルギーは237.2kJ.mlで標準生成エンタルピーは285.8kJ/mlとなっています。ヘスの法則を用いて理論分解電圧を求めると1.16Vとなります。 H2O(液25℃)=H2(気25℃)＋1/2O2(気25℃)-285.8kJ H2O(液25℃)= H2O(液80℃)- 4.1415kJ H2(気25℃)= H2(気80℃)-1.584kJ 1/2O2(気25℃)= 1/2O2(気80℃)-0.8085kJ H2O(液80℃)=H2(気80℃)+1/2O2(気80℃)-284.51kJ Norsk Hydroの電解槽を選びました。Norsk Hydroの温度は80℃のためその際の理論分解電圧を求める。水(液)、水素(気)、酸素(気)の標準定圧モル熱容量はそれぞれ75.3(J/mol/K)、28,8(J/mol/K)、29.4(J/mol/K)でありヘスの法則を用いて H2O(液25℃)=H2(気25℃)＋1/2O2(気25℃)-285.8kJ H2O(液25℃)= H2O(液80℃)- 4.1415kJ H2(気25℃)= H2(気80℃)-1.584kJ 1/2O2(気25℃)= 1/2O2(気80℃)-0.8085kJ H2O(液80℃)=H2(気80℃)+1/2O2(気80℃)-284.51kJ 80℃での生成エンタルピーは284.5kJ/molとなる。これをファラデー定数にかかわる電子数２で割ると80℃での理論稼働電圧は1.47Vとなります。80℃での生成ギブズエネルギーは228.2kJ/molとなりこれから理論分解電圧を求めると1.18Vとなります。槽電圧は1.75Vなので過電圧は0.57Vとなります。電圧効率は67%となります。
A.電気分解において、理論上より大きい電圧が必要であることが分かった。 演題はBBCの電解槽 齊藤里奈・小泉まい・小林太陽・樫本裕希 ヘスの法則や生成エンタルピーなどを用いて、BBCの電解槽のエネルギー変換効率を求めた。 自分の役割は、概念化・正式な分析・調査 BBCの電解槽において、ヘスの法則より25℃から80℃までの必要な熱エネルギー収支とすると、80℃での生成エンタルピーはΔH=284.1kJとなった。この値にファラデー定数と関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.48Vとなった。80℃の生成ギブズエネルギーΔGは228.2kJ/molでるため、この値をファラデー定数と関与する電子数2で割ると80℃の理論分解電圧1.18V、槽電圧2.04Vとなる。この値から理論分解電圧を引くと、過電圧ηは0.86V。よって電圧効率は58%である。 電解電力は4.9kWh/Nm^3なので、水素を理想気体と仮定すると単位換算の結果は395.2kJ/molである。このことから、エネルギー変換効率72%であることがわかる。
A.表5.5の水電解槽からbbcを選んだ。過電圧を求めるのに、理論分解電圧を求める。現代の電気化学p91から分かるように、理論電解電圧はpHに依存しない。水の標準生成ギブズエネルギーは、237.2kj/molであり、標準生成エンタルピーは、285.8kj/molである。標準状態は、1atm,25℃であるので、298.15Kである。353、15Kのときのエンタルピー変化は137kj/molである。H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）-285.8kJ H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）・・・ΔfH°＝285.8kJ BBCの電解槽の温度は、80℃であるので、そのときの理論分解電圧を求める。 水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。 簡単にするため、定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。 BBCの電解槽は、加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと仮定する。 以上の仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーを収支をとる。 H2O（液,1atm,25℃）=H2（気,1atm,25℃）+1/2O2（気,1atm,25℃）-285.8kJ H2O（液,1atm,25℃）=H2O（液,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80-25)=)4.1415kJ H2（気,1atm,70℃）=H2（気,1atm,70℃）-(28.8/1000×(80-25)=)1.584kJ 1/2O2（気,1atm,25℃）=1/2O2（気,1atm,70℃）-(29.4/1000÷2×(80-25)=)0.792kJ H2O（液,1atm,70℃）=H2（気,1atm,70℃）+1/2O2（気,1atm,70℃）-283.424kJ よって８０℃での生成エンタルピーは383.4lj/molとなる。これをファラデー定数と反応に関与する電子数２で割ると、80℃での理論稼働電圧は1.45Vが得られる。 最新工業化学p.40図3.2の傾きが一定のことから、ΔSの温度依存性はないと仮定し、ΔS°を使うこととする。 すると80℃の生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引いて226.02kJ/molとなる。 これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、1atm、80℃での理論分解電圧1.16Vが得られる。
A.講義の再話 電気分解は水を酸素と水素に分解する。特に水から分解するものを水分解という。水電解は充電に相当する。燃料電池を使うのは放電である。いかに効率よく行うかがポイントになるが。エネルギー効率は電圧効率と電流公立によって決まる。水の理論電気分解電圧は1.23Vである。実際に電気分解をするには1.23Vでは間に合わず1.7V程度である。燃料電池の起電力は1.23Vである。水素の単極電位を考えるとき、参照電極としてNH2-を使う。酸素の反応は基本4電子反応である。どのpHを使っても1.23Vが理論電気分解電圧である。電流を見るということは反応速度を見るということである。ガスの発生具合で反応速度が大体わかる。電圧を変えるには直列につなげばよい。乾電池は1.5V程度のため、乾電池1本では電気分解はできない。1.23Ｖは平衡の電圧のため、起電力を発生させるためには過電圧が必要である。分解が始まる電圧を分解電圧という。理論分解電圧と分解電圧の差を過電圧という。エントロピーと温度の積で圧力変化が求められる。今水素は石油から作っているが、一昔前は電気から作っていた。 発表の趣旨 表5.5の水電解槽から、BBCの電解槽を選んだ。 過電圧を求めるのに、理論分解電圧を求める。 現代の電気化学p.91の (4.5)式、 (4.7)式 からわかるように、理論分解電圧はpHに依存しない。 水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は、237.2kJ/molであり、 標準生成エンタルピーΔfH°は、285.8kJ/molである。 標準状態は、1atm,25℃であるので、298.15Kである。 ΔG°=ΔH°-TΔS°であるから、298.15Kのときのエントロピー変化ΔS°は163J/mol/Kである。 H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）-285.8kJ H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）・・・ΔfH°＝285.8kJ BBCの電解槽の温度は、80℃であるので、そのときの理論分解電圧を求める。 水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。 簡単にするため、定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。 BBCの電解槽は、加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと仮定する。 以上の仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーを収支をとる。 H2O（液,1atm,25℃）=H2（気,1atm,25℃）+1/2O2（気,1atm,25℃-285.8kJ H2O（液,1atm,25℃）=H2O（液,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80-25)=)1.369kJ H2（気,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）-(28.8/1000×(80-25)=)0.5236kJ 1/2O2（気,1atm,25℃）=1/2O2（気,1atm,80℃）-(29.4/1000÷2×(80-25)=)1.069kJ H2O（液,1atm,80℃）=H2（気,1atm,0℃）+1/2O2（気,1atm,80℃）-284.369kJ よって80℃での生成エンタルピーΔHは226.512kJ/molとなる。 これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.17Vが得られる。 復習 燃料電池について調べた。燃料電池とは、燃料と酸化剤の化学エネルギーを、一対の酸化還元反応によって電気に変換する電気化学電池である。燃料電池が多くの電池と異なる点は、化学反応を維持するために燃料と酸素を継続的に供給する必要がある点である。一方、電池では化学エネルギーは通常、電池内に既に存在する物質から得られる。燃料電池は、燃料と酸素が供給される限り、継続的に電気を作り出すことができる。
A.BBCの電解槽を選んだ 電解槽温度は80℃ 1atm 25℃ 298.15Kとして計算 1.65Vの起電力が得られる
A.BBCの電解槽を選んだ。 過電圧を求めるのに、理論分解電圧を求める。水の標準生成ギブズエネルギーは237.2kJ/molであり、標準生成エンタルピーは285.8kJ/molである。標準状態は、1atm,25℃であるので、298.15Kである。これより、298.15Kのときのエントロピー変化は163J/mol/Kである。 BBCの電解槽の温度は、80℃であるので、そのときの理論分解電圧を求める。水（液）75,3J/mol/K、水素（気）28.8J/mol/K、酸素（気）29.4J/mol/Kの標準定圧モル熱容量の温度依存はないと仮定する。BBCの電解槽は、加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと仮定する。 75.3/1000×(80-25)=4.1415kJ 288/1000×(80-25)=1.589kJ 80℃の生成エンタルピーが284.1kJ/molである。ファラデー定数Fと反応に関する電子数2で割ると、理論分解電圧は1.18Vである。 槽電圧2.04Vより理論分解電圧を引いて、過電圧は0.86Vである。 これらより、電圧効率は50.6％と考えられる。 求めた結果より、電解の効率は高くないことから、エネルギーの変換効率は高くないと考えられる。
A.
A.表5.5の水電解槽から、BBCを選んだ。 過電圧を求めるのに、理論電解電圧を求める。現代の電気化学p.91の式からわかるように、理論電解電圧はpHに依存しない。水の標準生成ギブスエネルギーΔfG°は、237.2kJ/molであり、標準生成エンタルピーΔfH°は、285.8kJ/molである。標準状態は、1atm,25℃であるので、298.15Kである。
A.・講義の再話 水を熱分解で水素と酸素に分解するにはおよそ2500℃もの高温が必要であるが、電気を使えば乾電池をふたつ直列につなぐだけで室温で水素と酸素に分解できる。 ・発表の要旨 「水電解のエネルギー変換効率」、グループ名：CBB、共著者：横濱和司・飯塚琢朗・佐藤雅季、役割：可視化 BBCの電解槽を選んだ。水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は237.2kJ/molであり、標準生成エンタルピーΔfH°は285.8kJ/molである。 ΔG°=ΔH°-TΔS°であるから、標準状態298.15Kのときのエントロピー変化ΔS°は163J/mol/Kである。 BBCの電解槽の温度は、80℃であるので、そのときの理論分解電圧を求めればよい。その後、ファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧が得られる。 その後、理論分解電圧、過電圧が求められ、電圧効率が求められる。そしてこの電圧効率からエネルギー変換効率が求められる。 ・復習の内容 BBCの電解槽を選んだ。水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は237.2kJ/molであり、標準生成エンタルピーΔfH°は285.8kJ/molである。 ΔG°=ΔH°-TΔS°であるから、標準状態298.15Kのときのエントロピー変化ΔS°は163J/mol/Kである。 BBCの電解槽の温度は、80℃であるので、そのときの理論分解電圧を求める。 H2O（液,1atm,25℃）=H2（気,1atm,25℃）+1/2O2（気,1atm,25℃）-285.8kJ H2O（液,1atm,25℃）=H2O（液,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80-25)=)4.1415kJ H2（気,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）-(28.8/1000×(80-25)=)1.584kJ 1/2O2（気,1atm,25℃）=1/2O2（気,1atm,80℃）-(29.4/1000÷2×(80-25)=)0.8085kJ H2O（液,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）+1/2O2（気,1atm,80℃）-279.266kJ よって、80℃での生成エンタルピーΔHは279.2kJ/molとなる。 これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.44Vが得られる。 最新工業化学p.40図3.2の傾きが一定のことから、ΔSの温度依存性はないと仮定し、ΔS°を使うこととする。 すると80℃の生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引いて237.2kJ/molとなる。これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、1atm、80℃での理論分解電圧1.22Vが得られる。この理論分解電圧は、1atm、25℃の1.23Vより低く、現代の電気化学p.126図5.3に示されている通りである。 表5.5に槽電圧2.04Vとあるので、これより理論分解電圧を引き、過電圧ηは0.82Vとなる。よって、p124の式より、電圧効率は60%である。 表5.5に電解電力4.9kWh/Nm3H2とあるので、水素を理想気体として単位換算すると 395.2kJ/molとなる。これで先に求めた生成エンタルピーΔHを割れば、エネルギー変換効率71%が得られる。このことは太陽光発電や洋上風力発電などの再生可能エネルギーを利用して、水素を製造した場合、 エネルギーの29%が廃熱となってしまうことを意味する。
A.最新工業化学p.40図3.2の傾きが一定であることから、ΔSの温度依存性はないと判断し、ΔS°を使うことにしました。80°の生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引いて284.1kJ/molとなる。 これをファラデー定数ち反応に関与する電子数2で割ると、1atm,80°の条件での理論分解電圧は1.42Vと求められました。 表5.5に槽電圧2.04Vとあるので、過電圧ηは0.62Vとなる。よって電圧効率は約70％でした。
A.BBC 電解槽温度 80℃ 理論分解電圧 H?O(液、1atm、25℃)＝H?(気、1atm、25℃)＋1/2O?(気、1atm、25℃)－285.8kJ H?O(液、1atm、25℃)＝H?O(液、1atm、80℃)－(75.3/1000×(80-25))
A.講義の再話 水素は元々水の電気分解によって生成されていたが、現在は石油から生成される。水の理論分解電圧は、1.23Vである。電流を流すには実際に分解が始まる分解電圧まで電圧をかける必要があり、理論分解電圧と分解電圧の差を過電圧という。 グループワークの内容 BBCの水電解のエネルギー変換効率を調べた。80℃での理論稼働電圧は1.47Vであり、理論分解電圧は1.17Vだった。 復習の内容 BBCの理論分解電圧1.17Vは、1.23Vより低い。過電圧は0.87Vで、電圧効率は57%、エネルギー効率は72%である。よって、エネルギーの28%は廃熱となる。
A.授業の再話 水の電解槽にはElectro-lyzer CorpやBBCといった種類がある。また理論分解電圧を超えるとすぐ反応が始まるのではなく、実際に反応が始まる電圧を分解電圧という。 発表の要旨 現代の電気化学p.127表5.5の水電解槽から、BBCの電解槽を選んだ。水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は、237.2kJ/molであり、 標準生成エンタルピーΔfH°は、285.8kJ/molであった。ヘスの法則を使って2必要な熱エネルギーを収支をとると80℃での生成エンタルピーΔHは284.1kJ/molとなった。 復習の内容 授業内で終わらなかったエネルギー変換効率を計算した。前述の値から理論稼働電圧1.17V、理論分解電圧1.17Vが得られた。 これらの計算を進めていくとエネルギー変換効率72%が得られ、 エネルギーの28%が廃熱になっていることが分かった。
A.[講義の再話] 理論分解電圧と分解電圧の差を過電圧という。過電圧には抵抗過電圧、濃度過電圧、活性化過電圧がある。 [発表の要旨] グループ名：kavi メンバー：清野明日美、佐々木鈴華、神山京花、有賀蘭、矢作奈々 題材：水電解のエネルギー変換効率を求めてみましょう ・BBC 温度80℃ [復習の内容] 理論分解電圧の温度と圧力の関係性を図に描いた。
A. 電力効率について学んだ。 発表では電荷槽について調べて発表した。 復習としてより詳しく調べた。表5.5の水電解槽から、BBCの電解槽を選んだ。過電圧を求めるのに、理論分解電圧を求める。現代の電気化学p.91の(4.5)式、(4.7)式からわかるように、理論分解電圧はpHに依存しない。水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は、237.2kJ/molであり、標準生成エンタルピーΔfH°は、285.8kJ/molである。標準状態は、1atm,25℃であるので、298.15Kである。ΔG°=ΔH°-TΔS°であるから、298.15Kのときのエントロピー変化ΔS°は163J/mol/Kである。 H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）-285.8kJ H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）・・・ΔfH°＝285.8kJ BBCの電解槽の温度は、80℃であるので、そのときの理論分解電圧を求める。水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/molK、28.8J/molK、29.4J/molKである。簡単にするため、定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。BBCの電解槽は、加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと仮定する。以上の仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーを収支をとる。 H2O（液,1atm,25℃）=H2（気,1atm,25℃）+1/2O2（気,1atm,25℃）-285.8kJ H2O（液,1atm,25℃）=H2O（液,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80-25)) H2O（液,1atm,25℃）=H2O（液,1atm,80℃)-4.1415kJ H2（気,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）-(28.8/1000×(80-25)) H2（気,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）-1.584kJ 1/2O2（気,1atm,25℃）=1/2O2（気,1atm,80℃）-(29.4/1000÷2×(80-25)) 1/2O2（気,1atm,25℃）=1/2O2（気,1atm,80℃）-0.8085kJ H2O（液,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）+1/2O2（気,1atm,80℃）-284.0475kJ よって80℃での生成エンタルピーΔHは284.0kJ/molとなる。これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.47Vが得られる。最新工業化学p.40図3.2の傾きが一定のことから、ΔSの温度依存性はないと仮定し、ΔS°を使うこととする。すると70℃の生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引いて228.4kJ/molとなる。これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、1atm、70℃での理論分解電圧1.18Vが得られる。この理論分解電圧は、1atm、25℃の1.23Vより低く、現代の電気化学p.126図5.3や最新工業化学p.41図3.3に示されている通りである。表5.5に槽電圧1.90Vとあるので、これより理論分解電圧を引き、過電圧ηは0.70Vとなる。よってp.124の式より、電圧効率は62%である。この過電圧には、溶液抵抗による抵抗過電圧のほか、電気化学p.51式2.116や最新工業化学p60図3.24などに示される、活性化過電圧、濃度過電圧が含まれる。表5.5に電解電力4.9kWh/Nm3H2とあるので、水素を理想気体として単位換算すると395.2kJ/molとなる。これで先に求めた生成エンタルピーΔHを割れば、エネルギー変換効率72%が得られる。 このことは太陽光発電や洋上風力発電などの再生可能エネルギーを利用して、水素を製造した場合、エネルギーの28%が廃熱となってしまうことを意味する。
A.今回はElectrolyzer Corpについて調べようとしました。計算に必要であろうエントロピーなどの値を調べている間に時間が過ぎこれ以上の議論には至りませんでした。
A.
A.BBCを選んだ。 水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は、237.2kJ/mol 標準生成エンタルピーΔfH°は、285.8kJ/mol 298.15Kのときのエントロピー変化ΔS°は163J/mol/K BBCの電解槽の温度は80℃であるので、その時の理論分解電圧を求めた。 水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/K H2O（液,1atm,25℃）=H2（気,1atm,25℃）+1/2O2（気,1atm,25℃）-285.8kJ H2O（液,1atm,25℃）=H2O（液,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80-25)=)3.3885kJ H2（気,1atm,70℃）=H2（気,1atm,80℃）-(28.8/1000×(80-25)=)1.296kJ 1/2O2（気,1atm,25℃）=1/2O2（気,1atm,80℃）-(29.4/1000÷2×(80-25)=)0.6615kJ H2O（液,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）+1/2O2（気,1atm,80℃）-284.369kJ
A.ターフェルの式、分解電圧と過電圧についてと、燃料電池の起電力は水の理論分解電圧と等しいことを学んだ。 水電解のエネルギー変換効率を求めよう チーム名 アルプス天然水 書記 宍戸智哉 平尾朱里 大堀颯斗 佐藤智哉 八巻花樺 佐藤有紗 BBC電解槽を選び水電解エネルギー変換効率を求めたが求めることは出来ず過電圧までであった。 80℃ BBC電解槽 エントロピー 284.5－エンタルピー163×10-3×353K＝ギブズエネルギー226.4kJ 理論電解圧1.17V 過電圧0.87V 槽電圧2.04V 2.04－1.17＝0.87V
A.水素カーは水電離により充電される。 電気分解するのは1.23V必要である。 BBCの電界槽について ８０度における標準電解モル熱容量の温度依存は無しと仮定した。 BBCの電解槽が加圧がない時、力学的エネルギー収支はない。 ヘスの法則から25度から70度までの熱エネルギーの収支は H2O（液）＝75.3/100×(80-25)=4.8945 である。
A. 今回の授業では、水電解のエネルギー変換効率の求め方を学んだ。教科書のデータを用いて求めることができる。 水電解のエネルギーに変換効率を求めてみましょう、富山大好きっ子、神田燦汰、平島駿、長田卓士、概念化、 私たちのグループでは、BBCについて考えた。 BBCは温度が80℃である。KOH25％であるので、25%から80%までのに必要なエネルギーを収支をヘスの法則を使って計算すると、80℃での生成エンタルピーは279kJ/molとなった。 時間によってグループワークはここまでしか行えなかった。 授業時間外では、理論稼働電圧、理論電解電圧について学んだ。
A.講義の再話 工業電解および分解電圧について学んだ。 発表の趣旨 水電解槽から、BBCの電解槽を選んだ。水素を理想気体として、電解電力が4.9kWh/N３H2であることから、単位換算を行うと395.2kJ/molとなった。ここで生成エンタルピーを割ると、エネルギー変換効率は72%となった。 復習の内容 理論稼働電圧、理論分解電圧、過電圧、電圧効率についても計算を行った。
A.BBCについて調べた。 圧力：常圧 温度：80℃ KOH25％ 25℃から80℃までに必要なエネルギーをヘスの法則を使って計算する。 計算したところ、80℃での生成エンタルピーは279kj/molとなった。
A.表5.5の水電解槽からBBCを選択した。水の標準生成ギブズエネルギーは237.2 kJ/mol、標準生成エンタルピーでは285.8 kJ/molである。標準状態のときのエントロピー変化は163 J/mol/Kである。BBCの電解槽の温度は80℃であるので、このときの理論分解電圧を求める。水(液)、水素(気)、酸素(気)の標準定圧モル熱容量は、それぞれ、75.3 J/mol/K、28.8 J/mol/K、29.4 J/mol/Kである。ヘスの法則を用いて25℃から80℃まで必要な熱エネルギーの収支をとる。 H?O(液,1atm,25℃)=H?(気,1atm,25℃)＋1/2O?(気,1atm,25℃)=－285.8kJ H?O(液,1atm,25℃)=H?(液,1atm,80℃)－(75.3/1000×(80－25))=4.1415kJ H?(気,1atm,80℃)=H?(気,1atm,80℃)－(28.8/1000×(80－25))=1.584kJ 1/2O?(気,1atm,25℃)=1/2O?(気,1atm,80℃)－(29.4/1000÷2×(80-25))=0.8085kJ H?O(液,1atm,80℃)=H?(気,1atm,80℃)＋1/2O?(気,1atm,80℃)=－284.051kJ よって、80℃での生成エンタルピーは284.1kJ/molである。これをファラデー定数と反応に関与する電子数2で割ると80℃での理論稼働電圧が求められる。よって、理論稼働電圧は、147Vである。80℃での生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引くと、228.4 kJ/molとなる。これをファラデー定数Ｆと反応に関与する電子数2で割ると理論分解電圧が求められる。よって、理論分解電圧は、1.18Vである。 BBCの槽電圧は、2.04Vであるため、過電圧は0.86Vである。p.124の式より、電圧効率は58％である。
A.表5.5の水電解槽から、BBCの電解槽を選んだ。 Electrolyzer Corp.の電解槽の温度は、80℃であるので、そのときの理論分解電圧を求める。 水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。 簡単にするため、定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。 Electrolyzer Corp.の電解槽は、加圧していないので、力学エネルギーの収支はないと仮定する。 以上の仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーを収支をとる。 H2O（液,1atm,25℃）=H2（気,1atm,25℃）+1/2O2（気,1atm,25℃）-285.8kJ H2O（液,1atm,25℃）=H2O（液,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80-25)=)4.1415kJ H2（気,1atm,70℃）=H2（気,1atm,80℃）-(28.8/1000×(80-25)=)1.584kJ 1/2O2（気,1atm,25℃）=1/2O2（気,1atm,80℃）-(29.4/1000÷2×(80-25)=)0.8085kJ H2O（液,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）+1/2O2（気,1atm,80℃）-284.369kJ
A.
A.
A.表5.5の水電解槽より エレクトリックコープの電解槽を選択し理論分解電圧を求めた。 H2O(液)＝H2(気)＋1/2O2(気)-285.8kJ H2O(気)=H2(気)＋1/2O2(気) 標準生成エンタルピー＝285.8kｊ 電解槽温度70度のときの理論分解電圧は284．3kJ/molとなる。
A.燃料電池車などに用いられる水素は、一般的に石油から作られる。これは石油から水素を製造する方法が安価であるため。それ以前は、水の電気分解を用いて水素を作っていた。 燃料電池と水の電気分解は基本的な仕組みが同じであるため、片方だけわからないのはありえないのではないか。 燃料電池として考えた場合、水電解が充電に相当し、水の生成が放電に相当する。このような関係が成り立つ。 燃料電池の起電力は1.23Vである。 水素の酸化還元電位は0Vである。 電池などでは、アノード反応を明確にしないと、理論分解電圧を正確に把握することはできない。 水の電気分解では、水素イオン指数（ｐH）の変化によっても、酸化還元電位は変動することはない。たとえ中性であったとしても、酸化還元反応が進行する。 起電力はプロトン濃度の対数に依存する。これはネルンストの式によって示される。 電池の反応において、電流（A）を見ることは反応速度を観察することと同義である。 1.23Vというのは平衡時の電圧であり、電流を流し始めるためには余計に電圧をかける必要がある。これを過電圧と呼ぶ。 過電圧＝分解電圧―理論分解電圧である。 表5.5の水電解槽から、BBCの電解槽を選んだ。 BBCの電解槽の温度は教科書の記述より80℃であるから、理論分解電圧は水（L）、水素（G）、酸素（G）の標準低圧モル熱容量Cp°はそれぞれ75.3J/mol/K,28.8J/mol/K,29.4J/mol/Kである。低圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。また加圧はしていないため、力学エネルギーの収支はないと仮定し、ヘスの法則を使って25℃?80℃の必要な熱エネルギー収支を取る。 H2O（L,1atm,25℃）=H2（G,1atm,25℃）+1/2O2（G,1atm,25℃）-285.8kJ H2O（G,1atm,25℃）=H2O（L,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80-25)=)4.1415kJ H2（G,1atm,80℃）=H2（G,1atm,80℃）-(28.8/1000×(80-25)=)1.584kJ 1/2O2（G,1atm,25℃）=1/2O2（G,1atm,80℃）-(29.4/1000÷2×(80-25)=)0.8085kJ H2O（L,1atm,80℃）=H2（G,1atm,80℃）+1/2O2（G,1atm,80℃）-284.051kJ よって、80℃での生成エンタルピーは284.051kJとなる。また、この値をファラデー定数と反応に寄与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.4719Vが得られる。 また、ΔG＝ΔH-TΔSより生成ギブズエネルギーは226.5kJ/molとなる。この値を再度ファラデー定数と反応に寄与する電子数2で割ると、1atm、70℃での理論分解電圧1.17Vを得る。 さらに表5.5より、槽電圧2.04Vから理論分解電圧を引き、過電圧は0.57Vとなる。したがって、電圧効率は53%である。 表5.5に電解電圧4.9kWh/Nm3H2とあるため、水素を理想気体として単位換算すると395.2kJ/molの値を得る。ここから求めた生成エンタルピーを割ると、エネルギー変換効率71.8%が得られこれは水素を生成させるとエネルギーの28.2%が廃熱になることを示す。 石油を用いた水素生成について調べた 蒸気改質（Steam Reforming）:蒸気改質は、石油由来の炭化水素（メタン、エタンなど）と水蒸気を反応させることによって水素を生成する方法である。反応によって炭化水素と水蒸気が反応し、水素と二酸化炭素が生成される。この反応は高温と触媒の存在下で行われる。 反応式:CnHm + nH2O → nCO + (2n + m/2)H2 蒸気改質は石油由来の炭化水素が豊富に存在する場合に効率的で、産業用途や水素燃料電池車などで広く使用されている。 部分酸化（Partial Oxidation）:部分酸化は、石油由来の炭化水素と酸素を制御された量で反応させることによって水素を生成する方法である。この反応により、水素と一酸化炭素が生成される。 反応式:CnHm + (n/2)O2 → nCO + (m/2)H2 部分酸化は高温と触媒を使用し、一部の炭化水素が酸化して水素が生成されるため、CO2の生成量が比較的少ないのが特徴である。
A.水電界のエネルギー変換効率を求めようとしたができなった。エネルギー変換効率の計算方法を理解できた。
A.水電解のエネルギー変換効率を調べた。 水の標準生成ギブスエネルギーは237.2KJ/mol 標準生成エンタルピーは285.86KJ/mol BBCの電解槽温度は80℃ (75.3/1000)×55=4.14KJ (28.8/1000)×55=1.58KJ
A.再話 分解電圧について講義する。 水を電気分解するには、乾電池2個だけで済むが、それ以外では2500℃必要になる。 理論分解電圧に達しただけでは電気分解は行われず、実際に行われる電圧を分解電圧という。 発表 水電解のエネルギー変換効率について、De Nora方式で計算した。 あの場では計算しきれなかった。 温度が80℃であると仮定して、fgが273.2kj/mol、fhが285,8kj/mol、sが163j/mol、cpが75.3j/mol/k、水素が28.8j/mol/k、酸素が29.4j/mol/kであった。 復習 電気実験で電気分解の実験を行ったが、どうもあまりうまくいかなかった。
A. 燃料電池の起電力=水の理論分解電圧である。理論分解電圧と分解電圧の差を過電圧という。電解の場合は過電圧の小さい金属が選ばれ、電池の負極には大きいものが選ばれる。 チーム名は、アルプス天然水。役割は、司会進行。メンバーは、平尾朱理、大堀颯斗、宍戸智哉、佐藤智哉、佐藤有紗、八巻花樺。話し合った内容は、BBCの電解槽について話し合いました。 BBCの電解槽を選んだ。 ヘスの法則を使って25℃から80℃までの必要な熱エネルギー収支をとると、80℃での生成エンタルピーΔHは284.1kJとなった。この値にファラデー定数と関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.48Vが得られた。最新工業化学p40図3.2から、80℃の生成ギブズエネルギーΔGは228.2kJ/molである。この値をファラデー定数と関与する電子数2で割ると80℃の理論分解電圧1.18Vが得られた。表5.5から槽電圧2.04Vとあり、この値から理論分解電圧を引くと、過電圧ηは0.86Vと求められる。電圧効率は理論分解電圧を槽電圧で割り100を掛けると、電圧効率は58%である。 表5.5から、電解電力は4.9kWh/Nm^3H2であるため、水素を理想気体と仮定すると単位換算の結果は395.2kJ/molである。この値で生成エンタルピーを割ると、エネルギー変換効率72%が得られる。
A.私たちの班名はCCBです。 理論分解電圧はPhに依存しないため、水の芳醇生成ギブズええるぎーは237.2kJ/mol、エンタルピーは285.8kJ/mol よってギブズエネルギーを導く式 G-H-TSより、T＝353.15K,ΔS=163kJ/mol,よって電圧効率はΔＳは137.6J/molとなる
A. 水の分解電圧。1.23V 調査 BBC 現代の電気化学127ページ表5.5からBBCの水電解槽を選びました。 過電圧を求めるのに，理論分解電圧を求める。 現代の電気化学p.91の (4.5)式， (4.7)式 からわかるように，理論分解電圧はpHに依存しない。 水の標準生成ギブズエネルギーΔfG°は，237.2kJ/molであり， 標準生成エンタルピーΔfH° は，285.8kJ/molである。 標準状態は，1atm, 25℃であるので，298.15Kである。 ΔG° =ΔH° -TΔS° であるから，298.15Kのときのエントロピー変化ΔS° は163J/mol/Kである。 H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）- 285.8kJ BBCの電解槽の温度は，80℃であるので，そのときの理論分解電圧を求める。 水（液），水素（気），酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp° は，それぞれ75.3J/mol/K，28.8J/mol/K，29.4J/mol/Kである。 簡単にするため，定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。 BBCの電解槽は，加圧していないので，力学エネルギーの収支はないと仮定する。 以上の仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーを収支をとる。 H2O（液,1atm,25℃）? H2（気,1atm,25℃）+1/2O2（気,1atm,25℃）- 285.8kJ H2O（液,1atm,25℃）? H2O（液,1atm,80℃) - (75.3/1000×(80-25)=4.1415kJ) H2（気,1atm,80℃） ? H2（気,1atm,80℃）- (28.8/1000×(80-25)=1.584kJ) 1/2O2（気,1atm,25℃）=1/2O2（気,1atm,80℃）- (29.4/1000÷2×(80-25) = 0.8085kJ) H2O（液,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）+1/2O2（気,1atm,80℃）- 284.051kJ よって80℃での生成エンタルピーΔHは284.1kJ/molとなる。 これをファラデー定数F（96485 C/mol）と反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.47Vが得られる。 最新工業化学p.40図3.2の傾きが一定のことから，ΔSの温度依存性はないと仮定し，ΔS° を使うこととする。 すると80℃の生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引いて228.4kJ/molとなる。 これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると，1atm, 80℃での理論分解電圧1.18Vが得られる。 この理論分解電圧は，1atm, 25℃の1.23Vより低く，現代の電気化学p.126図5.3や最新工業化学p.41図3.3に示されている通りである。 表5.5に槽電圧2.04Vとあるので，これより理論分解電圧を引き，過電圧ηは0.86Vとなる。 よってp.124の式より，電圧効率は62%である。 この過電圧には，溶液抵抗による抵抗過電圧のほか，電気化学p.51式2.116や最新工業化学p60図3.24などに示される，活性化過電圧，濃度過電圧が含まれる。 表5.5に電解電力4.9kWh/Nm2H2とあるので，水素を理想気体として単位換算すると 395.2kJ/molとなる。これで先に求めた生成エンタルピーΔHを割れば， エネルギー変換効率72%が得られる。 このことは太陽光発電や洋上風力発電などの再生可能エネルギーを利用して，水素を製造した場合，エネルギーの28%が廃熱となってしまうことを意味する。
A.講義の再話 電圧効果とは理論上必要な電圧を実際の電圧で割ったもので、ある物質の電気分解はについてターフェルの式を用いて電力効果、理論分解電圧、理論稼働電圧を求めることができる。 発表の要旨 演題：水電解のエネルギー変換効率を求めてみましょう チーム名：麦茶 メンバー：高根澤颯太 川口倖明 高橋一颯 佐々木渉太 斎藤滉平 皆川文音 山崎優月 役割：調査 復習の内容 表の5.5の水電気分解槽から、BBCの電解槽を選んだ。水の標準生成ギブズエネルギーはΔfG°は237.2kJ/mol、標準生成エンタルピーΔfH°は、285.8kJ/molである。 標準状態のときのエントロピー変化はΔS°は163J/mol/Kである。 H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）-285.8kJ H2O（液）=H2（気）+1/2O2（気）ΔfH°＝285.8kJ BBCの電気槽の温度は80℃である。 水（液）、水素（気）、酸素（気）の標準定圧モル熱容量Cp°は、それぞれ75.3J/mol/K、28.8J/mol/K、29.4J/mol/Kである。 簡単にするため、定圧モル熱容量の温度依存性はないと仮定する。BBCの電解槽は、常圧なので力学エネルギーの収支はないと仮定する。 以上の仮定とヘスの法則を使って25℃から80℃まで必要な熱エネルギーを収支をとる。 H2O（液,1atm,25℃）=H2（気,1atm,25℃）+1/2O2（気,1atm,25℃）-285.8kJ H2O（液,1atm,25℃）=H2O（液,1atm,80℃)-(75.3/1000×(80-25)=)4.1415kJ H2（気,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）-(28.8/1000×(80-25)=)1.584kJ 1/2O2（気,1atm,25℃）=1/2O2（気,1atm,80℃）-(29.4/1000÷2×(80-25)=)0.8085kJ H2O（液,1atm,80℃）=H2（気,1atm,80℃）+1/2O2（気,1atm,80℃）-284.051kJ よって80℃での生成エンタルピーΔHは284.3kJ/molとなる。 これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、80℃での理論稼働電圧1.47Vが得られる。ΔSの温度依存性はないと仮定し、ΔS°を使うこととする。 すると80℃の生成ギブズエネルギーΔGは生成エンタルピーΔHからTΔSを引いて228.4kJ/molとなる。 これをファラデー定数Fと反応に関与する電子数2で割ると、1atm、80℃での理論分解電圧1.18Vが得られる。 表5.5に槽電圧2.04Vとあるので、これより理論分解電圧を引き、過電圧ηは0.57Vとなる。 よってp.124の式より、電圧効率は58%である。
A. 水の電気分解でエネルギーや電位がどのように移動しているのかを学んだ。 家に帰ってから講義資料をもう一度読み直し、講義内容の理解を深めた。
<!-- 課題 課題 課題 -->
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<!-- 課題 課題 課題 -->
大学教育の質の保証・向上ならびに 電子化及びオープンアクセスの推進の観点から 学校教育法第百十三条に基づき、 教育研究活動の状況を公表しています。
第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
