Guía docente de Electroquímica Aplicada (22011A7)

Curso 2023/2024
Fecha de aprobación: 21/06/2023

Grado

Grado en Ingeniería Química

Rama

Ingeniería y Arquitectura

Módulo

Módulo: Complementos de Formación

Materia

Electroquímica Aplicada

Curso

3

Semestre

2

Créditos

6

Tipo

Optativa

Profesorado

Teórico

Isabel María Plaza Del Pino. Grupo: A

Práctico

Isabel María Plaza Del Pino Grupo: 1

Tutorías

Isabel María Plaza Del Pino

Email
  • Primer semestre
    • Miércoles de 10:00 a 11:00 (Despacho)
    • Jueves de 10:00 a 11:00 (Despacho)
    • Viernes de 10:00 a 13:00 (Despacho)
  • Segundo semestre
    • Lunes de 12:30 a 14:00 (Despacho)
    • Martes de 09:30 a 12:30 (Despacho)
    • Viernes de 12:30 a 14:00 (Despacho)

Prerrequisitos y/o Recomendaciones

Tener conocimientos adecuados (nivel Módulo de Formación Básica) sobre:

  • Química
  • Física
  • Matemáticas

Breve descripción de contenidos (Según memoria de verificación del Grado)

Cinética electródica. Instrumentación y técnicas electroquímicas. Convertidores y acumuladores. Células electroquímicas. Corrosión y estabilidad de metales.

Competencias

Competencias generales

  • CG02. Saber aplicar los conocimientos de Ingeniería Química al mundo profesional, incluyendo la capacidad de resolución de cuestiones y problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad y razonamiento crítico. 
  • CG03. Adquirir la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes dentro del área de la Ingeniería Química, así como de extraer conclusiones y reflexionar críticamente sobre las mismas. 
  • CG04. Saber transmitir de forma oral y escrita información, ideas, problemas y soluciones relacionados con la Ingeniería Química, a un público tanto especializado como no especializado. 
  • CG08. Trabajo en equipo 
  • CG13. Sensibilidad hacia temas medioambientales 

Competencias específicas

  • CE04. Capacidad para comprender y aplicar los principios de conocimientos básicos de la química general, química orgánica e inorgánica y sus aplicaciones en la ingeniería. 

Resultados de aprendizaje (Objetivos)

Al finalizar esta asignatura el/la estudiante deberá:

  • Discutir la naturaleza interdisciplinar de la electroquímica.
  • Discutir la complejidad de la estructura de la interfase electrodo-disolución a partir de modelos estructurales.
  • Aplicar los principios de la termodinámica a la interfase electrizada.
  • Explicar los principios básicos de la cinética electroquímica.
  • Analizar el proceso de la corrosión de un metal.
  • Discutir los diferentes métodos para prevenir la corrosión de un metal.
  • Conocer las aplicaciones de las principales técnicas electroquímicas.
  • Explicar los factores fundamentales a considerar en el diseño de un generador electroquímico de energía.
  • Conocer las principales aplicaciones de la electroquímica en la industria.

Programa de contenidos teóricos y prácticos

Teórico

Primera parte: Fundamentos de Electródica.

  • Tema 1. La interfase electrizada.
    • Formación de la interfase electrizada. Diferencia de potencial a través de la interfase. Interfases polarizables y no polarizables. Celdas galvánicas y electrolíticas. Ecuación de Nernst. Capacidad diferencial de la interfase. Modelos estructurales. Adsorción por contacto.
  • Tema 2. Cinética electroquímica.
    • Conceptos básicos. Transferencia de carga en el electrodo: sobrepotencial de transferencia, ecuación de Butler-Volmer, representaciones de Tafel, resistencia de transferencia de carga. Transporte de materia al electrodo: sobrepotencial de difusión. Relación intensidad de corriente/potencial de una pila.

Segunda parte: Aplicaciones de interés tecnológico.

  • Tema 3. Corrosión y estabilidad de los metales.
    • Naturaleza de la corrosión. Termodinámica de la corrosión: diagramas de Pourbaix. Cinética de la corrosión: diagramas de Evans. Factores que determinan la corrosión de un metal. Tipos de corrosión.
  • Tema 4. Métodos para proteger la estabilidad de los metales.
    • Inhibición de la corrosión por adición de sustancias. Protección catódica. Pasivación. Protección anódica. Medidas complementarias: selección de materiales, modificación del medio, recubrimientos.
  • Tema 5. Conversión y almacenamiento electroquímico de la energía I: Pilas de combustible.
    • Rendimiento de la conversión electroquímica de la energía. Producción de potencia. Electrodos porosos. Pilas de combustible: alcalinas, de ácido fosfórico, de carbonato fundido, de óxido sólido, de membrana de intercambio de protones, de metanol directo, regenerativas, microbianas. Aplicaciones de las pilas de combustible. La economía del hidrógeno.
  • Tema 6. Conversión y almacenamiento electroquímico de la energía II: Baterías y Supercondensadores.
    • Baterías: criterios de selección de una batería. Baterías primarias: sistema Zn- MnO2, pila de plata, pilas de litio. Baterías secundarias: de Pb-ácido, de Ni-Cd, de Ni-hidruro metálico, de Zn-aire, de ión litio. Otras baterías en desarrollo. Aplicaciones de las baterías. Supercondensadores. Perspectivas de futuro.
  • Tema 7. Otras aplicaciones de la electroquímica.
    • Bioelectroquímica. Electrosíntesis. Electrodeposición. Instrumentación y técnicas electroquímicas. Sensores electroquímicos. Electroquímica ambiental. Fotoelectroquímica.

Práctico

Seminarios/Talleres:

  • Método “casero” para limpiar objetos de plata.
  • Análisis completo de una curva potencial/densidad de corriente.
  • Termodinámica de la corrosión de un metal: construcción de un diagrama de Pourbaix.
  • Cinética de la corrosión de un metal: construcción de un diagrama de Evans.
  • Lista de verificación para el control de la corrosión.
  • Buenas prácticas para alargar la vida útil de la batería del teléfono móvil.
  • Talleres de problemas.

Bibliografía

Bibliografía fundamental

  • J. O´M Bockris y A .K. N. Reddy, “Electroquímica Moderna” Vol 2., Barcelona: Reverté, SA, (2003).
  • C. M. A. Brett y A. M. Oliveira Brett, “Electrochemistry: Principles, Methods, and Applications”, Oxford [etc.]: Oxford University Press (1996).
  • J. O'M. Bockris y A .K .N. Reddy. “Modern Electrochemistry Vol.2B, Electrodics in Chemistry, Engineering, Biology and Environmental Science”, New York: Kluwer Academic (2004).
  • E. Gileadi, “Physical Electrochemistry. Fundamentals, Techniques and Applications”, Weinheim: Wiley-VCH, (2011).

Bibliografía complementaria

  • G. Kreysa, K. Ota y R. F. Savinell Ed., “Encyclopedia of Applied Electrochemistry [Recurso electrónico]”, New York : Springer (2014).
  • F. Barbir. “PEM Fuel Cells, 2nd Edition.Theory and Practice” San Diego: Academic Press (2012).
  • X. E. Castells y L. Jurado, “El hidrógeno y las pilas de combustible” [recurso electronico], Madrid : Ediciones Díaz de Santos, (2012).
  • V. S. Bagotsky, “Fuell Cells: Problems and Solutions”, Chichester: John Wiley and Sons (2012).
  • C. D. Rahn and C. Wang. “Battery Systems Engineering”, Chichester: John Wiley and Sons (2013).
  • J. Larminie and J. Lowry. “Electric Vehicle Technology Explained” (2ª ed.), Chichester: John Wiley and Sons (2012).
  • N. Pérez. “Electrochemistry and Corrosion Science [Recurso electrónico]”, (2ª ed.), Springer (2016).
  • A. J. Fernández Romero, J. García Antón y M. A. Rodrigo. "Aplicaciones medioambientales y energéticas de la tecnología electroquímica". Editorial Reverté (2021). https://elibro.net/es/lc/ugr/titulos/195437

Metodología docente

  • MD01. Lección magistral/expositiva 
  • MD02. Resolución de problemas y estudio de casos prácticos o visitas a industrias 
  • MD05. Realización de trabajos o informes de prácticas 

Evaluación (instrumentos de evaluación, criterios de evaluación y porcentaje sobre la calificación final)

Evaluación ordinaria

  • Ejercicios escritos. Se realizarán tres ejercicios a lo largo del semestre constituidos por cuestiones de respuesta breve basados en cuestionarios de clase (50 % de la calificación final, evaluación de las competencias CG02, CG03, CB2, CB3, CE04).
  • Seminarios. Como resultado de cada seminario los/las estudiantes tendrán que entregar un ejercicio final (30 % de la calificación final, evaluación de las competencias CG02, CG03, CG13, CB2, CB3 y CE04).
  • Participación en actividades de clase (20 % de la calificación final, evaluación de las competencias CG04, CG08, CG13, CB2, CB4 y CE04).

Evaluación extraordinaria

Examen escrito que constará de:

  • Cuestiones de respuesta breve (40% de la calificación final, evaluación de las competencias CG03, CG04, CB2 y CE04).
  • Ejercicio práctico relacionado con los contenidos de los seminarios (40% de la calificación final, evaluación de las competencias CG02, CG03, CG13, CB2, CB3 y CE04).
  • Problemas numéricos (20% de la calificación final, evaluación de las competencias CG04, CG08, CG13, CB2, CB4 y CE04).

Evaluación única final

Examen escrito que constará de:

  • Cuestiones de respuesta breve (40% de la calificación final, evaluación de las competencias CG03, CG04, CB2 y CE04).
  • Ejercicio práctico relacionado con los contenidos de los seminarios (40% de la calificación final, evaluación de las competencias CG02, CG03, CG13, CB2, CB3 y CE04).
  • Problemas numéricos (20% de la calificación final, evaluación de las competencias CG04, CG08, CG13, CB2, CB4 y CE04).