Dieses Lehrbuch für Studierende der Chemie, Physik sowie der Material- und Ingenieurwissenschaften behandelt in einem einheitlichen Rahmen die Grundlagen, Methoden, Materialien und Anwendungen der modernen Elektrochemie in Forschung und Industrie.

Der erste Teil erläutert die Prinzipien der Elektrochemie - Elektrodenreaktion, Thermodynamik, Kinetik und Transportprozesse auf dem Niveau typischer Bachelor-Studiengänge. Die folgenden Teile schlagen Brücken zur aktuellen Fachliteratur und sind für Vertiefungsphasen und das Master-Studium konzipiert. Im zweiten Teil werden elektrochemische Messtechniken zur Konzentrationsbestimmung sowie zur Aufklärung von Reaktionsmechnismen und Grenzflächenstrukturen vorgestellt. Der dritte Teil befasst sich mit den Themen Galvanik, Halbleiter, Festkörperelektrolyte, Elektrokatalysatoren und modifizierte Elektroden, also den materialwissenschaftlichen Aspekten der Elektrochemie. Der letzte Teil stellt exemplarisch wichtige Anwendungsfelder der Elektrochemie vor und spannt den Bogen von Korrosionuntersuchungen über die Umwandlung und Speicherung von Energie bis hin zur technischen Elektrolyse und zu Biosensoren.

• Klarer, modularer Aufbau: Die Trennung in Grundlagenkapitel und weiterführende Themen ermöglicht den Einsatz in unterschiedlichen Studiengängen, sowohl auf Bachelor- als auch auf Master-Niveau.
• Didaktisch ausgefeilt: Anschauliche Darlegungen mithilfe von mehr als 800 Abbildungen, Schlüsselkonzepten und zahlreichen Hinweisen auf Fallstricke und häufige Fehler.
• Zahlreiche Anwendungsbeispiele verdeutlichen den Querschnittscharakter der Elektrochemie.
• Perfekt zur Prüfungsvorbereitung: Einfache Lernkontrolle durch Verständnisfragen innerhalb und Aufgaben am Ende der Kapitel.

Mit seiner Kombination von Grundlagen, Methoden, Materialien und Anwendungen vermittelt dieses moderne Lehrbuch ein umfassendes Bild der Elektrochemie an der Schnittstelle von Chemie, Material-wissenschaft, Energie- und Elektrotechnik.

Gunther Wittstock ist Professor für physikalische Chemie an der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg. Seine Forschunginteressen umfassen die Untersuchung lokaler Reaktionen an der Fest-flüssig-Grenzfläche mit mikroelektrochemischen und spektroskopischen Techniken, das Studium von Grenzflächenreaktionen in elektrochemischen Energiewandlern sowie die Kombination von biochemischen und biomimetischen Funktionseinheiten mit Festkörperoberflächen.

1;Cover;12;Title Page;53;Copyright;64;Inhalt;75;Symbole für physikochemische Größen in diesem Buch;196;Abkürzungen in diesem Buch;297;Noch ein Lehrbuch der Elektrochemie, muss das wirklich sein?;377.1;Elektrochemie - schon lange etabliert, aber immer nochkompliziert?;377.2;Was dürfen Sie nun von dem Fachgebiet und dem Bucherwarten?;387.3;Historische und aktuelle Lehrbücher;407.4;Danksagung;417.5;Bildquellen;428;Teil I Grundlagen;458.1;Kapitel 1 Die Elektrodenreaktion - der Kern der Elektrochemie;478.1.1;1.1 Stromfluss und Stoffumsatz in elektrochemischen Zellen;478.1.2;1.2 Elektroden und Ionen;498.1.3;1.3 Welche quantitative Beziehung besteht zwischen Stoffumsatz und Ladung?;528.1.4;1.4 Welche Beziehung besteht zwischen Stromfluss und Reaktionsgeschwindigkeit?;538.1.5;1.5 Galvanische Zellen und Elektrolysezellen;568.1.6;Zusammenfassung;588.1.7;Kontroll? und Übungsaufgaben;588.1.8;Weiterführende Literatur;598.2;Kapitel 2 Die Thermodynamik elektrochemischer Reaktionen;618.2.1;2.1 Von der Zellspannung zum Elektrodenpotential;618.2.1.1;2.1.1 Die Definition der Zellspannung;618.2.1.2;2.1.2 Elektrochemische Spannungsreihe;628.2.2;2.2 Welcher Zusammenhang besteht zwischen Zellspannung und thermodynamischen Potentialen?;648.2.2.1;2.2.1 Das elektrochemische Potential;648.2.2.2;2.2.2 Die Nernstsche Gleichung;698.2.2.3;2.2.3 Aktivitäten sind effektive Gehaltsgrößen;758.2.2.4;2.2.4 Berechnung der Standardzellspannung;778.2.2.5;2.2.5 Abhängigkeit der Gleichgewichtszellspannung von Zustandsgrößen;798.2.3;2.3 Zellspannungen entstehen durch Ladungstrennungen an Grenzflächen - die Galvani?Spannung;838.2.3.1;2.3.1 Die Galvani?Spannung an Ionenelektroden;848.2.3.2;2.3.2 Die Galvani?Spannung an Redoxelektroden;858.2.3.3;2.3.3 Ladungstrennung und Galvani?Spannungen ohne Elektroden;868.2.3.4;2.3.4 Die Kombination von Galvani?Spannungen zur Zellspannung;908.2.3.5;2.3.5 Elektroden mit Mischpotentialbildung;938.2.4;2.4 Anwendung von Zellspannungsmessungen und die Nutzung galvanischer Zellen;938.2.4.1;2.4.1 Referenzelektroden;938.2.4.2;2.4.2 Ermittlung thermodynamischer Größen;1028.2.4.3;2.4.3 Gehaltsbestimmungen mit Potentiometrie;1048.2.4.4;2.4.4 Überblick über elektrochemische Energiewandlungssysteme;1058.2.5;Zusammenfassung;1168.2.6;Kontroll? und Übungsaufgaben;1168.2.7;Weiterführende Literatur;1188.3;Kapitel 3 Die elektrochemische Kinetik - Homogene und heterogene Prozesse;1218.3.1;3.1 Kopplung von Massentransfer und Grenzflächenreaktion;1218.3.1.1;3.1.1 Welche Teilschritte treten bei Elektrodenreaktionen an Ionen? und Redoxelektroden auf?;1228.3.1.2;3.1.2 Elektrodenreaktionen sind Mehrschrittreaktionen;1248.3.2;3.2 Kinetik des Ladungstransferschrittes;1268.3.2.1;3.2.1 Repetitorium: Homogene Gleichgewichtsreaktionen und Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit;1268.3.2.2;3.2.2 Ableitung der Butler?Volmer?Gleichung;1288.3.2.3;3.2.3 Welche inhaltliche Bedeutung besitzen die Symbole in der Butler?Volmer?Gleichung?;1338.3.2.4;3.2.4 Was bedeutet der Transferkoeffizient ??;1378.3.2.5;3.2.5 Welche Grenzfälle ergeben sich aus der Butler?Volmer?Gleichung?;1388.3.2.6;3.2.6 Wie sieht die Butler?Volmer?Gleichung aus, wenn die Elektrodenreaktion selber aus mehreren Elementarschritten besteht?;1428.3.2.7;3.2.7 Reagieren mehrere Redoxpaare an einer Elektrode, bildet sich ein Mischpotential aus;1438.3.2.8;3.2.8 Wo stößt der Butler?Volmer?Formalismus an seine Grenzen?;1448.3.3;Zusammenfassung;1468.3.4;Kontroll? und Übungsaufgaben;1478.3.5;Weiterführende Literatur;1498.4;Kapitel 4 Massentransport und Randschichten;1518.4.1;4.1 Überblick und Begriffe;1528.4.2;4.2 Migration;1538.4.2.1;4.2.1 Struktur der Elektrolytphase und Ionenbeweglichkeit;1538.4.2.2;4.2.2 Elektrische Größen zur Charakterisierung der Ladungsträgerbewegung;1568.4.2.3;4.2.3 Zwischen Ionenbeweglichkeit und Leitfähigkeit besteht ein definierter Zusammenhang;1608.4.2.4;4.2.4 Warum sind molare Leitfähigkeiten starker Elektroly