Výzkum sekundárních zdrojů elektrické energie se zaměřením na lithno – iontové akumulátory
V dnešní době jsou stále více používaným zdrojem energie pro mobilní zařízení především lithno- iontové akumulátory. Tento typ akumulátorů prochází velkým rozvojem a jejich použití se dostává se do dalších oblastí využití jako jsou například automobilový a letecký průmysl. Tyto akumulátory se vyznačují vysokou hustotou energie, delší životností a vyšším pracovním napětím.
Předností je i velmi malé množství elektrolytu, potřebné k jejich funkci, v porovnání s běžnými alkalickými nebo olověnými akumulátory. V rámci výzkumu probíhajícím na Ústavu elektrotechnologie FEKT VUT v Brně, se zaměřujeme na zlepšení vlastností stávajících materiálů, využívaných v těchto bateriích. Podstatou výzkumu je příprava nových materiálů s vyšší kapacitou, vyšší životností a zatížitelností, vyšší teplotní stabilitou, případně i s vyšším pracovním napětím. Další oblastí zde probíhajícího výzkumu jsou elektrolyty pro lithno-iontové akumulátory, a to jak klasické kapalné, tak gelové.
Cílem je zvýšení jejich teplotní stability, vodivosti a kompatibility s novými typy elektrodových materiálů.
Oblasti výzkumného zaměření v dané oblasti
- Kapacitní testy, dlouhodobé životnostní testy
- Testy zatížitelnosti elektrodových materiálů
- Testování materiálů pomocí impedanční spektroskopie
- Měření viskozity a vodivosti elektrolytů v celém rozsahu používaných teplot
- Měření bodu vzplanutí elektrolytů
- Vývoj nových typů elektrodových materiálů
- Vývoj a modifikace elektrolytů pro lithno- iontové akumulátory
- Úprava již známých typů elektrodových materiálů pomocí aditiv za účelem zlepšení jejich vlastností
Výzkum sekundárních zdrojů elektrické energie se zaměřením na alkalické akumulátory
V oblasti alkalických akumulátorů se dlouhodobě zabýváme výzkumem a charakterizací kladných i záporných elektrodových systémů Ni-Cd a Ni-Zn.
V oblasti kladných elektrod dlouhodobě spolupracujeme se zahraničními firmami na optimalizaci vodivostních přísad včetně jejich charakterizace. Zaměřujeme se na dlouhodobé testování hmot se zrychlenými procesy stárnutí a na korosní mechanismy degradace jednotlivých složek elektrodových hmot. V oblasti záporných elektrod se výzkum zaměřuje na tvarové změny Zn elektrod a jejich redistribuci. Jsme schopni také měřit koroze podkladových materiálů včetně vývinu plynů a tím studovat i samovybíjení jak poločlánků, tak i kompletních akumulátorových sestav.
Oblasti výzkumného zaměření v dané oblasti
Korozní inženýrství
Zabýváme se korozními mechanismy uhlíkových materiálů jak v oblasti sekundárních zdrojů proudu, tak i v aplikacích uhlíkových přísad do stavebních hmot. Pro výzkum využíváme jak základní elektrochemické metody cyklické voltametrie, lineární voltametrie či galvanostatických technik tak i pokročilé měřící metody např. elektrochemické impedanční spektroskopie pro monitorování difúzních vlastností elektrod či QCM technika pro sledování hmotnostních změn elektrodových materiálů.
Testování elektrodových materiálů
- Měření kapacity elektrod
- Dlouhodobé cyklování poločlánků i kompletních článků
- Měření samovybíjení
- Měření vodivostí elektrod i elektrolytů
- Zjišťování korozních mechanismů degradace složek elektrodových hmot
Laboratoř umožňuje
- Studium fyzikálních a elektrochemických vlastností elektrodových materiálů pro elektrochemické zdroje proudu.
- Testování lithno-iontových a alkalických akumulátorů, testování cyklické životnosti, zátěžové a kapacitní zkoušky. Analyzovány jsou možnosti praktického využití pro portabilní zařízení, jako jsou počítače, tablety a telefony a dále pro možnosti využití k pohonu vozidel.
- Výzkum a měření materiálů elektrochemických zdrojů proudu. Jedná se především o Li-Ion, Ni-Cd a Ni-MH baterie, superkondenzátory a aprotické polymerní gelové elektrolyty pro lithium-polymerové akumulátory a elektrochromní prvky. Výzkum je zaměřen na vývoj nových materiálů a optimalizaci parametrů jednotlivých částí těchto systémů.
- Pomocí elektrochemických metod, jako jsou např. cyklická voltametrie a frekvenční analýza jsou v těchto systémech studovány základní děje, které popisují chování těchto materiálů za podmínek, napodobujících podmínky v reálné baterii. Materiály citlivé na vzdušnou vlhkost jsou připravovány a měřeny v rukavicových boxech s ochrannou argonovou atmosférou.
- Přípravu polymerních gelových elektrolytů vytvrzovaných tepelnou a UV polymerací. Jsou zde studovány nové výrobní postupy a procesy, např. temperování a žíhání vzorků v trubkové peci s řízenou atmosférou, dále depozice tenkých vrstev elektrochemickými metodami pro elektrochromní skla a elektrodové hmoty. V této laboratoři jsou připravovány elektrodové hmoty pro lithno-iontové a alkalické akumulátory.
Příklady přístrojového vybavení
- Digestoř, aparatura na destilaci a deionizaci vody
- Laboratorní sušárny Venticell
- Trubková pec CLASSIC s řízenou atmosférou
- Ultrazvuková lázeň Kraintek
- Pětikanálový potenciostat VSP fy Biologic, vč. impedanční spektroskopie
- Rukavicový box MBraun LABmaster s argonovou atmosférou
- Rukavicový box Jacomex s integrovanou sušárnou a chladničkou s argonovou atmosférou
- Spektrofotometr Heλios
- Mikrováhy EQCM
- Vakuová pec CLASIC
- Multikanálový potenciostat VPM 3 fy Biologic -16 nezávislých kanálů, vč. impedanční spektroskopie + 2x2A a 1xA booster
- Kulový mlýny FRITSCH pro homogenizaci práškových hmot
- Ruční hydraulický lis s možností ohřevu lisovacích desek – 3000C a řízeným přítlakem
- Technické plyny: dusík, kyslík, vodík, argon, CO2
Vedoucí laboratoře
doc. Ing. Marie Sedlaříková, CSc.
Technická 3058/10, 616 00, Brno
E-mail: sedlara@vut.cz
Telefon: 541 146 143