Energie-Materialien 1
Energy Materials 1

Modul PH2201

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Modulversion vom WS 2022/3 (aktuell)

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

Ob die Lehrveranstaltungen des Moduls in einem spezifischen Semester angeboten werden, finden Sie im Abschnitt Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise unten.

verfügbare Modulversionen
WS 2022/3WS 2021/2WS 2020/1WS 2019/20WS 2018/9SS 2014

Basisdaten

PH2201 ist ein Semestermodul in Englisch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Biophysik

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 30 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2201 ist Aliaksandr Bandarenka.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

The aim of this module is to provide students with a broad overview over functional materials currently employed or investigated for the energy provision, conversion and storage. Rather than dealing with the physical and chemical basics of energy conversion and storage, the module will focus on the many diverse materials used in this field and explain their important properties in terms of specific functionality and quantitative figures of merit.

Content:

  • Fuels: energy content, production, price, sustainability
  • Materials for energy conversion
  • Materials for fuel cells (membranes, anodes, cathodes, catalysts)
  • Photovoltaic materials (semiconductors, thin films, materials for sensitization)
  • Photocatalytic materials
  • Materials for energy storage: batteries, supercapacitors
  • Environmental aspects: availability, recycling and life-cycle assessment of energy materials.

Lernergebnisse

After successful completion of this module, the students are able to:

  • identify the most important materials in the field of energy science
  • explain the working principles of energy conversion and storage devices (batteries, fuel cells, solar cells supercapacitors etc)
  • name factors which determine the performance of functional materials for these devices
  • analyse and evaluate pros and cons for future viability of functional materials for energy provision, conversion and storage

Voraussetzungen

No preconditions in addition to the requirements for the Master's program in Physics.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Lern- und Lehrmethoden

Lectures, seminars (master students), presentations

The students are supposed to read literature, which is provided in the lecture slides and TUM Moodle system, as there are no exercise classes attributed to these lectures.

The students can however visit complimentary seminars on Energy Materials 1 after the lectures.

Medienformen

- PowerPoint presentations with incorporated animations.
- interactive discussions and explanations using the black board.
- lecture PDFs with the links to the relevant literature are available before and after the lecture in TUM Moodle.

- Key literature including relevant journal publications are available at TUM Moodle in the sections corresponding to the particular lectures

Literatur

  • B. Dunn, H. Kamath,  J.M. Tarascon: Electrical Energy Storage for the Grid: A Battery of Choices, Science (2011), 334 (6058), 928-935.
  • P.C. Vesborg, T.F. Jaramillo: Addressing the Terawatt Challenge: Scalability in the Supply of Chemical Elements for Renewable Energy, RSC Adv. (2012), 2 (21), 7933-7947.

The literature to this lecture is based on the scientific research articles referred to in the lecture slides and partly available at TUM Moodle in the sections corresponding to the particular lectures.

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

There will be an oral exam of 25 minutes duration. Therein the achievement of the competencies given in section learning outcome is tested exemplarily at least to the given cognition level using comprehension questions and sample calculations.

For example an assignment in the exam might be:

  • What are the scaling relations in heterogeneous catalysis and what is the physical origin of this phenomenon?
  • What is a typical origin of high ionic conductivity in solids? What is the mechanism of proton conductivity in solid state proton conductors?
  • What are ionic liquids? Analyze their possible prospective roles in energy science.
  • What are the working principles of supercapacitors? Name state of the art functional materials for these devices.
  • Explain the working principles of dye-sensitized solar cells and perovskite solar cells. Name state of the art functional materials for these devices.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

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