فیزیک سیستمهای تولید و ذخیره سازی انرژی
Physics of energy production and storage systems
مقطع: کارشناسی ارشد-دکتری
تعداد واحد: 4
توضیح مختصر و اهداف درس

با توجه به ملاحظات مرتبط با منابع انرژی و چالشهای حاصل در حفاظت از محیط زیست توسعه حاملهای جدید انرژی به یکی از اولویت
های تحقیقات دانشمندان در دهه های اخیر تبدیل شده است. در این راستا شناخت اصول حاکم و فیزیک سیستمهای تولید حاملهای پاک
انرژی و ذخیره آن به منظور افزایش بازده در پژوهش های مرتبط ضروری است. امروزه هیدروژن به عنوان حامل انرژی بسیار مورد توجه قرار
گرفته است چرا که تنها محصول سوخت آن آب است و به کار گیری وسیع آن کمترین اثرات سوء بر محیط زیست را به دنبال خواهد داشت.
چالش مهم در نیل به صنعت و اقتصاد هیدروژنی دستیابی به روش های تولید ارزان و پایدار هیدروژن و مستقل از منابع فسیلی است.
چالشهای دیگر ذخیره کردن توزیع و تبدیل آن به شکل ایمن و پربازده است. از سوی دیگر به موازات رشد فن آوری های نوین تولید انرژی
الکتریکی از جمله پنلهای خورشیدی توسعه قطعات ذخیره کننده آن با چگالی انرژی بالا و توان قابل قبول نیز حایز اهمیت تلقی می شود.
در این درس تلاش می شود روشهای تولید هیدروژن از منابع انرژی مختلف معرفی شود و فیزیک حاکم بر آن با تاکید بر تولید هیدروژن
خورشیدی شرح داده شود. همچنین به روشهای ذخیره سازی آن و رویکرد های نوین در ارتقا هر روش توجه خواهد شد. در ادامه مبانی فیزیکی ذخیره انرژی در باتری ها و ابرخازنها و دستاوردهای نوین در این حوزه مورد بحث خواهد بود.

Considering energy resources issues and resulted environmental challenges, development of new energy carriers is one of research priorities during recent decades. In this context, to enforce researches in the field, understanding fundamentals and physics of energy production and storage systems is essential. Today, hydrogen as an energy carrier, which obtained water as byproduct of combustion with minimum side effects on environment, received a lot of attention. The main challenge in hydrogen based industry and economy is achieving low cost and sustainable hydrogen production methods avoiding dependence on hydrocarbon resources. Another challenge is its storage and conversion in a safe and efficient way. On the other hand, along with growing new technologies in electrical energy production, like solar panels, development of energy storage devices with high energy density and reasonable power is important. In this course, hydrogen production methods, mainly solar hydrogen, from various resources as well as related physical principles will be discussed. In addition, storage approaches and emerging strategies in modifying correspondence fields will be clarified continuing with focus on energy storage in batteries and supercapacitors and related recent achievements.

سرفصلها
مروری بر روشهای تولید هیدروژن و ترمودینامیک حاکم بر آن
تولید هیدروژن از شکست آب و اصول حاکم
فیزیک حاکم بر مواد در شکست الکتریکی/نوری آب به منظور تولید هیدروژن
مطالعه عملکرد سیستم و اندازه گیری پاسخ
اجزاء تشکیل دهنده در قطعات تک و چند اتصالی مولد هیدروژن
ذخیره سازی شیمیایی/الکتروشیمیایی هیدروژن و جنبه های ترمودینامیکی آن

 ذخیره کننده های مبتنی بر نانوساختارهای هیدرید فلزی و کربنی
ذخیره انرژی در ابرخازنها و باتری ها
ملاحظات انرژی و سینتیک در تشکیل دولایه ای الکتریکی و فرایندهای فارادی
مواد مطرح در خازن های الکتروشیمیایی دولایه ای الکتریکی و شبه خازن ها

Main Refernces:

1) Photoelectrochemical Hydrogen Production, Roel van de Krol & Michael Gra¨tzel, Springer (2012)
2) Electrochemical Supercapacitors, Scientific fundamentals and technological applications, B.E. Conway, Kluwer academic/Plenum Publishers (1999)
3) Hydrogen Storage Technologies, Mehmet Sankir & Nurdan Demirci Sankir, Wiley (2018)

Additional Refernces:

1) Photoelectrochemical Water Splitting, Zhebo Chen , Huyen N. Dinh, Eric Miller, Springer (2013)
2) Nanostructured and Photoelectrochemical Systems for Solar Photon Conversion, Mary D. Archer, Imperial College Press (2008).
3) Nanotechnology for the Energy Challenge, Javier Garcia-Martinez, Wiley (2010).
4) Supercapacitors Materials, Systems, and Applications, Francois Beguin & Elzbieta Frackowiak, Wiley (2013).
5) Sustainable Hydrogen Production Processes, Jose´ Luz Silveira, Springer (2017).