Tematyka badawcza - Pracownia Elektrochemicznych Źródeł Energii

Idź do spisu treści

Menu główne:

Tematyka badawcza


Tematyka badawcza realizowana w Pracowni dotyczy w dużej mierze aspektów praktycznych elektrochemii i radiochemii. Realizowane prace oraz zespół są rozpoznawalne w środowisku naukowym i przemysłowym. Wymiernym efektem prowadzonych prac było m.in. nawiązanie ścisłej współpracy z firmami VARTA Microbattery oraz Panasonic Energy Polska. W efekcie dotychczasowych prac:

1) Opracowano (prof. A. Czerwiński, dr hab. M. Grdeń, dr M. Łukaszewski, dr K. Hubkowska) metodę LVE (limited volume electrode) stosowaną do badań podstawowych sorpcji/desorpcji wodoru w materiach wodorochłonnych. Dzięki tej metodzie udało się zaobserwować oraz wyjaśnić wiele zjawisk zachodzących na granicy faz metal roztwór do tej pory nie notowanych w literaturze. Metoda ta jest stosowana w wielu ośrodkach krajowych i zagranicznych oraz licznie cytowana.  Na bazie tej metody powstało w PEŹE 5 prac doktorskich oraz kilkanaście magisterskich. Opublikowano przeszło 60 publikacji w najlepszych czasopismach elektrochemicznych o międzynarodowym zasięgu. Wyniki prac podstawowych zainteresowały koncern bateryjny Varta Microbattery, który zaproponował Pracowni współpracę i wspólne wystąpienie w 6 Programie Ramowym UE dotyczącym opracowania nowych baterii niklowo-wodorkowych (HydroNanoPol). Współpraca zapoczątkowana w 2005 r. trwa do dzisiaj  - obecnie w zakresie ogniw litowo-jonowych.

2) Opracowano (prof. A. Czerwiński, dr hab. Z. Rogulski) nowy typ wysokoenergetycznego akumulatora ołowiowo-kwasowego (wykonano prototypy). Dzięki zastąpieniu porowatym szklistym węglem ołowianej matrycy służącej jako nośnik dodatniej i ujemnej masy elektrodowej oraz jako kolektor prądu pojemność energetyczna akumulatora zwiększyła się o prawie 50% tj. do ok. 50 Wh/kg. Takie pojemności cechują znacznie droższe akumulatory Ni-Cd. Jest to przełom technologiczny w skali światowej. Wynalazek ten otrzymał pierwszą nagrodę w 2013 r. w prestiżowym konkursie na Polski Produkt Przyszłości w fazie przedwdrożeniowej (PARP). W 2015 prof. A. Czerwiński wraz z zespołem otrzymał Nagrodę Prezesa Rady Ministrów za osiągnięcia naukowo-techniczne. Ponadto wynalazek ten otrzymał 4 złote i 6 srebrnych medali na międzynarodowych wystawach technologii i wynalazków (m.in. w Genewie, Brukseli, Paryżu  i Poznaniu – Targi Poznańskie).


3) Opracowano i wdrożono (dr hab. Z. Rogulski) technologię recyklingu baterii cynkowo-węglowych i alkalicznych. Jest to jedyna technologia na świecie, w której wydajność recyklingu wynosi ponad 70%. Spełnia ona tym samym minimalne (50%) wymagania wydajności recyklingu zapisane w prawie UE. Docelowa wydajność instalacji budowanej w Polkowicach wynosi 10000 ton/rok. Zgodne z założeniami firmy wdrażającej (BatEko sp. z o.o.) instalacja budowana w ścisłej współpracy z firmą Panasonic świadczyła będzie usługi dla co najmniej 6 krajów europejskich. Technologia ta jest przedmiotem rozprawy habilitacyjnej dra Zbigniewa Rogulskiego – głównego autora technologii. Rozwiązanie techniczne otrzymało 6 złotych i 6 srebrnych medali oraz wiele dodatkowych wyróżnień (m.in. związanych z inżynieria chemiczną) na międzynarodowych wystawach technologii i wynalazków (m.in. w Genewie, Brukseli i Norymberdze).

4) Opracowano (prof. A. Czerwiński, dr M. Łukaszewski) nowy układ anodowy do konstrukcji elektrochemicznego superkondensatora. Dzięki wykorzystaniu cienkich warstw (ok. 1 μm) palladu i jego stopów (Pd-Rh, Pd-Pt, Pd-Rh-Ru, itp.) osadzonych na porowatym węglu szklistym uzyskano pseudopojemności dla całego układu (Pd-węgiel) wynoszące ponad 500 F/g (ponad 5000 F/g dla samego metalu - stopu). Uzyskane parametry nie zmieniają się nawet po tysiącu cykli ładowanie-rozładowanie a uzyskane rezultaty są porównywalne z pseupojemnościami najlepszych znanych do tej pory układów elektrochemicznych np. tlenku rutenu.

5) Wykorzystując palladowy kondensator elektrochemiczny opracowano (prof. A. Czerwiński, dr K. Hubkowska) nowy układ hybrydowy Pd-stop AB5 jako anodę w ogniwie niklowo - wodorkowym (Ni-MH). Dzięki tej nowej anodzie (elektrodzie ujemnej) parametry pracy tego ogniwa zostaną zbliżone do tzw. ogniw litowo-jonowych o wysokiej mocy. Obecnie trwa realizacja projektu NCN, w którym to zamierzamy wprowadzić do ogniwa wodorkowego asymetryczny kondensator elektrochemiczny pracujący przy tych samych napięciach co ogniwo wodorkowe i dzięki tej samej reakcji anodowej, którą jest utlenianie zaabsorbowanego wodoru. Wynalazek ten jest przedmiotem zgłoszenia patentowego.

6) Od 2009 r. trwają prace nad ogniwami litowo-jonowymi (prof. A. Czerwiński, dr B. Hamankiewicz, mgr M. Krajewski). W ramach dwóch prac doktorskich opracowano nowy typ ogniwa litowo-jonowego LTO-LMO (Li 4Ti 5O 12| LiPF 6 (EC,DMC) lub PU | LiMn 2O 4 (+) ). Ze względu na skład materiałów elektrodowych i elektrolitu (polimer) baterię tą cechuje  znacznie podwyższone bezpieczeństwo pracy z porównaniu z dotychczas stosowanymi ogniwami litowymi. Ogniwo to zostało zgłoszone do urzędu patentowego.


7) Od 2012 r. rozwijana jest przez dr. hab. Zbigniewa Rogulskiego działalność związana z rozwojem wykorzystania izotopów promieniotwórczych w medycynie i przemyśle. W ramach działającej w pracowni PEZE grupy badawczej Radiochemia dla medycyny i przemysłu uruchomiono laboratorium obrazowania molekularnego. W laboratorium tym prowadzone są prace nad syntezą i wykorzystaniem związków znakowanych radioizotopami w diagnostyce, rozwoju oraz ocenie postępów leczenia m.in. chorób nowotworach oraz medycynie regeneracyjnej. W okresie ostatnich dwóch lat rozpoczęto prace związane z oceną możliwości zastosowania komórek macierzystych w leczeniu serca pozawałowego, badaniem nowych radioznaczników stosowanych w medycynie nuklearnej oraz monitorowaniu rozwoju nowotworów m.in. nerek.


8) W ramach pracowni dr hab. Michał Grdeń prowadzi prace związane z badaniami procesów korozji i pasywacji w roztworach wodnych: utlenianie metali prowadzące do powstania warstw utlenionych oraz rozpuszczanie materiału elektrodowego. Badane materiały elektrodowe obejmują elektrody z metali szlachetnych i nieszlachetnych. Badania obejmują elektrody lite (drut, pręt, folia, materiały o strukturze z otwartymi porami) oraz otrzymywane przez elektroosadzanie. W badaniach wykorzystywane są techniki elektrochemiczne: chronowoltamperometria cykliczna (CV), pomiary impedancyjne (EIS, impedancja-potencjał), elektrochemiczna waga kwarcowa (EQCM), pomiary fotoprądów, wirująca elektroda z pierścieniem (RRDE) oraz techniki nieelektrochemiczne: skaningowy mikroskop elektronowy (SEM), mikroanaliza rentgenowska (EDX), spektroskopia fluorescencji rentgenowskiej (XRF), neutronowa analiza aktywacyjna (NAA) ze spektrometrią promieniowania γ.

9) Prace prowadzone przez dra Macieja  Chotkowskiego dotyczą ustalenia mechanizmów procesów redukcji oraz utleniania nieorganicznych jonowych form technetu-99 w środowisku kwasowym. Pomiary wykonywanie są z wykorzystaniem różnych technik, np. elektrochemicznych, spektroelektrochemicznych oraz radiochemicznych. Technet-99 jest jednym z głównych produktów rozszczepienia jąder uranu. Ze względu jednak na ilość stopni utlenienia na których występuje, stanowi on poważny problem w kontekście wydajnego przetwarzania wypalonego paliwa jądrowego. W zależności od stopnia utlenienie tego pierwiastka, jego właściwości ekstrakcyjne w układzie ciecz-ciecz diametralnie różnią się między sobą. Dodatkowo obecność aktynowców wpływa na procesy utleniania-redukcji jonowych form Tc. Badania przeprowadzone w układach zawierających Tc-99 oraz Np-237 w Instytucie HZDR w Dreźnie (projekt TalismAn, program Euroatom 7) wykazały, że oba te pierwiastki ulegają procesom utleniania-redukcji, przy czym technet wykazuje właściwości katalityczne w procesie redukcji jonów neptunylowych(VI). Dodatkowo, dr M. Chotkowski prowadzi prace nad rozwojem technologii dekontaminacji skażonej Cs-137 gleby i wody z wykorzystaniem sorbentów opartych na błękicie pruskim (współpraca z Politechniką Tokijską, umowa w trakcie przygotowania).


 
 
Wróć do spisu treści | Wróć do menu głównego