| Ders Adı | Kodu | Yarıyıl | T+U Saat | Kredi | AKTS |
|---|---|---|---|---|---|
| Elektrokimyasal Enerji Sistemleri | FIZ 616 | 0 | 3 + 0 | 3 | 6 |
| Ön Koşul Dersleri | Students are expected to have prior knowledge of basic chemistry and physics. Introductory courses in general chemistry, physical chemistry, materials science, or thermodynamics are recommended to ensure sufficient background for understanding electrochemical principles, mathematical formulations, and energy system applications covered in this course. |
| Önerilen Seçmeli Dersler | To further strengthen their background, students are encouraged to take optional courses such as Physical Chemistry, Materials Science, Solid-State Physics, Renewable Energy Systems, Chemical Reaction Engineering, and Numerical Modeling/Simulation. These courses support a deeper understanding of electrochemical processes, material–property relationships, and system-level analysis of energy technologies. |
| Dersin Dili | Türkçe |
| Dersin Seviyesi | Doktora |
| Dersin Türü | Seçmeli |
| Dersin Koordinatörü | Prof.Dr. ALIGHOLI NIAEI |
| Dersi Verenler | Prof.Dr. ALIGHOLI NIAEI, |
| Dersin Yardımcıları | Course Assistants support the delivery of Electrochemical Energy Systems by helping students during tutorials and laboratory sessions, guiding them in safe and correct use of electrochemical instruments (e.g., potentiostat/galvanostat), and assisting with data analysis and reporting (CV, GCD, EIS). They also contribute to course administration by answering student questions, coordinating assignments, and providing feedback under the supervision of the course lecturers. |
| Dersin Kategorisi | Alanına Uygun Öğretim |
| Dersin Amacı | The objective of this course is to provide students with a solid understanding of the principles, materials, and engineering aspects of electrochemical energy systems. The course aims to equip students with the theoretical background and practical insight needed to analyze, design, and evaluate batteries, supercapacitors, fuel cells, and electrolyzers, with an emphasis on performance, efficiency, sustainability, and integration with renewable energy systems. |
| Dersin İçeriği | This course covers the fundamentals and applications of electrochemical energy systems, including basic electrochemistry, electrode kinetics, mass and ion transport, and electrolyte properties. It introduces major energy storage and conversion technologies such as batteries, supercapacitors, fuel cells, and electrolyzers, alongside materials for electrodes and catalysts. The course also addresses electrochemical characterization techniques (CV, GCD, EIS), system design and scale-up, modeling and simulation, sustainability and life-cycle assessment, and real-world industrial case studies related to renewable energy integration. |
| # | Ders Öğrenme Çıktıları | Öğretim Yöntemleri | Ölçme Yöntemleri |
|---|---|---|---|
| 1 | Energy sistemlerini Tanır ve hakkında bilgi sahibi olur | Anlatım, Soru-Cevap, | Yazılı Sınavlar (Kısa ve Uzun Yanıtlı), |
| 2 | ENERJİ SİSTEMLERİ İLE İLGİLİ PROJE GELİŞTİREBİLİR | ||
| 3 | olası yeni enerji kaynakları hakkında yorum yürütme kabiliyeti geliştirir. |
| Hafta | Ders Konuları | Ön Hazırlık |
|---|---|---|
| 1 | 1. Introduction to Electrochemical Energy Systems o Global energy challenges and role of electrochemistry | o Overview of energy storage and conversion Technologies o Integration with renewable energy |
| 2 | 2. Fundamentals of Electrochemistry | o Thermodynamics of electrochemical cells o Nernst equation, electrochemical potentials o Basic of Mathematical Eqs in electrochemistry |
| 3 | 3. Electrode Kinetics and Transport Phenomena | o Butler–Volmer equation, Tafel slopes o Mass transport, diffusion, and conductivity |
| 4 | 4. Electrolytes and Ion Transport | o Liquid electrolytes, solid-state electrolytes, ionic liquids o Ionic conductivity and transport number |
| 5 | 5. Materials for Electrodes and Catalysts | o Electrocatalysis Fundamentals o Active materials (metals, oxides, carbons, perovskites, etc) |
| 6 | 6. Primary & Secondary Batteries | o Zn-carbon, alkaline, lead-acid, NiCd, NiMH o Rechargeable battery fundamentals and limitations |
| 7 | 7. Advanced Batteries | o Lithium-ion batteries (LIB) o Solid-state, Na-ion, Mg-ion, multivalent systems o Flow batteries for large-scale energy storage |
| 8 | Supercapacitors and Hybrid Systems | • EDLCs, pseudocapacitors, hybrid supercapacitors • Materials and performance metrics |
| 9 | 9. Fuel Cells | o PEM, SOFC, alkaline, and microbial fuel cells o Efficiency, design, and applications |
| 10 | 10. Electrolyzers for Hydrogen Production | o Alkaline and PEM electrolyzers o Solid oxide electrolyzers (SOEC) o Water splitting and sustainable hydrogen |
| 11 | 11. Photoelectrochemical (PEC) Systems for Solar Hydrogen | • Principles of photoelectrocatalysis • Semiconductor photoabsorbers and bandgap alignment • Hybrid PEC–electrolyzer concepts |
| 12 | 12. Characterization Techniques and Correlation between Physicochemical and Electrochemical Performance | Structural & morphological characterization: XRD, SEM, TEM, AFM Chemical characterization: XPS, FTIR, Raman, EDX, UV–Vis Electrochemical characterization: CV, EIS, LSV, GCD, charge–discharge curves Correlating properties and performance: 1. Crystallinity vs. conductivity 2. Surface area vs. capacitance 3. Defects vs. catalytic activity 4. Interface structure vs. charge transfer Case studies: perovskite-based electrodes and nanostructured catalysts |
| 13 | 14. Modeling and Simulation of Electrochemical Systems | • Equivalent circuits, impedance spectroscopy (EIS) • Introduction to COMSOL/Matlab simulations • Techno-economic -LCA analysis and sustainability outlook • Role of AI and machine learning in process optimization |
| 14 | 15. Degradation, Safety, and Recycling | • Failure mechanisms in batteries and fuel cells • Recycling strategies and circular economy |
| Kaynaklar | |
|---|---|
| Ders Notu | Course notes include lecture slides, selected book chapters, and recent scientific articles covering electrochemical energy systems. The notes emphasize key concepts, mathematical models, and practical examples related to batteries, supercapacitors, fuel cells, and electrolyzers, and are complemented by worked examples, case studies, and supporting videos to reinforce theoretical and experimental understanding. |
| Ders Kaynakları | Course resources consist of recommended textbooks |
| Sıra | Program Çıktıları | Katkı Düzeyi | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
| 1 | Yaşadığı toplumun bilgi toplumu olmasına katkıda bulunmak, toplumsal, bilimsel, kültürel ve etik sorunlara çözüm sunmak amaçlarıyla alanındaki bilimsel, teknolojik, sosyal veya kültürel ilerlemeleri içeren bilimsel projeler geliştirir ve bu projeleri ulusal ve uluslararası bilimsel ortamlarda (toplantılarda) tanıtır. | X | |||||
| 2 | Alanında bilimsel araştırma yaparak bilgiye genişlemesine ve derinlemesine ulaşır, alanında güncel teknik ve yöntemler ile bunların kısıtları hakkında sahip olduğu kapsamlı bilgiyi elde ettiği bilgi ile karşılaştırarak değerlendirir ve sentezleyerek yeni sonuçlar ortaya koyar. | X | |||||
| 3 | Alanı ile ilgili problemleri tanımlar ve formüle eder, yeni ve/veya özgün fikir ve yöntemler geliştirir; karmaşık sistem veya süreçleri tasarlar ve tasarımlarında yenilikçi/alternatif çözümler ve/veya yöntemler geliştirir. | X | |||||
| 4 | Kuramsal, deneysel ve modelleme esaslı araştırmaları tasarlar ve uygular, belirsiz, sınırlı ya da eksik verileri bilimsel yöntemlerle tamamlar; verilerin toplanması, yorumlanması, duyurulması ile yeni modellemelerin oluşturulması aşamalarında ve mesleki tüm etkinliklerde toplumsal, bilimsel ve etik değerleri gözetir. | X | |||||
| 5 | Alanındaki uygulamaların sosyal, çevresel, sağlık, güvenlik, hukuki boyutlarını ile proje yönetimi ve iş hayatı uygulamalarını bilir ve bunların getirdiği kısıtların farkındadır. Disiplin içi ve çok disiplinli takımlarda etkin biçimde çalışabilir, bu tür takımlarda liderlik yapabilir ve karmaşık durumlarda çözüm yaklaşımları geliştirebilir; bağımsız çalışabilir ve sorumluluk alır. | X | |||||
| 6 | Çalışmalarının süreç ve sonuçlarını, alanında veya alan dışındaki ulusal ve uluslararası ortamlarda bir yabancı dili en az Avrupa Dil Portföyü C1 Genel Düzeyinde kullanarak, yazılı ya da sözlü olarak aktararak sözlü ve yazılı iletişim kurar. | X | |||||
| 7 | Alanındaki lisans ve yüksek lisans düzeyi yeterliliklerini temel alarak, laboratuvar, modem cihaz, yazılım, yöntem, tasarım hakkında uygulamalı ve teorik bilgilere sahip olur, yeni düşünce-yöntem-tasarım-uygulama geliştirir, akademik düzeyde elde ettiği özgün sonuçları bilimsel aktarım yollarıyla (makale, proje, bildiri..vs.) paylaşıp yorumlar. | X | |||||
| 8 | Fizikte uzmanlık alanı ile ilgili sorunların farkına varır, bağımsız olarak eleştirel bakış, sorgulama ve problem çözme becerilerini kullanıp sorumluluk alarak yenilik, strateji, uygulama planları geliştirir, geliştirdiği planları kalite süreçleri çerçevesinde uygulamaya dönüştürmeye liderlik eder. | X | |||||
| # | Ders Öğrenme Çıktılarının Program Çıktılarına Katkısı | PÇ 1 | PÇ 2 | PÇ 3 | PÇ 4 | PÇ 5 | PÇ 6 | PÇ 7 | PÇ 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Energy sistemlerini Tanır ve hakkında bilgi sahibi olur | 5 | 4 | 4 | 5 | 4 | 5 | 4 | 5 |
| 2 | ENERJİ SİSTEMLERİ İLE İLGİLİ PROJE GELİŞTİREBİLİR | 4 | 4 | 5 | 4 | 5 | 5 | 4 | 4 |
| 3 | olası yeni enerji kaynakları hakkında yorum yürütme kabiliyeti geliştirir. | 4 | 5 | 5 | 4 | 5 | 5 | 4 | 5 |
| Değerlendirme Sistemi | |
|---|---|
| Yarıyıl Çalışmaları | Katkı Oranı |
| Toplam | 0 |
| Toplam | 0 |
| AKTS - İş Yükü Etkinlik | Sayı | Süre (Saat) | Toplam İş Yükü (Saat) |
|---|