MENU

DZIAŁALNOŚĆ NAUKOWA

Działalność naukowa
Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu Centralne Laboratorium Akumulatorów i Ogniw oranges-line
tel.: 61 27 97 800 fax: 61 27 97 897 e-mail: claio@claio.poznan.pl

Projekty

oranges-line

Wykwalifikowana i ściśle wyspecjalizowana kadra badawcza IMN CLAiO nieustannie dąży do rozwoju nauki w dziedzinie chemicznych źródeł prądu i przełożenia wyników prac badawczych na praktyczne zastosowanie w przemyśle. Pracownicy naukowi biorą aktywny udział w projektach i konkursach badawczych na szczeblu krajowym, jak i międzynarodowym, a ich wkład i zaangażowanie w przebieg prac gwarantuje rzetelność wykonywanych działań. Projekty naukowe, w których obecnie IMN CLAiO bierze udział są następujące:

Badania i rozwój nowoczesnych technologii polimerowych baterii litowo-jonowych o podwyższonym bezpieczeństwie eksploatacji

Okres realizacji: 01.10.2012 – 30.09.2015

Projekt realizowany jest w Konsorcjum w składzie:

  • Uniwersytet Warszawski (Lider)
  • Instytut Chemii Przemysłowej im. Prof. I. Mościckiego
  • Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
  • Politechnika Warszawska
  • Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu Centralne Laboratorium Akumulatorów i Ogniw

Głównym celem projektu jest konstrukcja baterii litowo - jonowej nowego typu, która pozwoli na zastąpienie dostępnych na rynku komercyjnych ogniw służących do zasilania urządzeń mobilnych takich jak laptopy, czy telefony komórkowe. Skonstruowany akumulator będzie posiadał również potencjalną możliwość zastąpienia obecnie używanych ogniw niklowo – wodorkowych w pojazdach o napędzie hybrydowym (HEV) oraz akumulatorów litowo – jonowych w pojazdach o napędzie elektrycznym (EV). Projekt zakłada badania nad poszczególnymi elementami ogniwa oraz ich szczegółowej charakterystyki. Dzięki zastosowanym metodom syntezy badane materiały będą ekonomiczne i przyjazne środowisku. Użycie nowoczesnych technik analizy pozwoli wyodrębnić najlepsze i najbardziej wydajne elementy ogniwa. Ostatnim etapem projektu będzie konstrukcja oraz szczegółowa charakterystyka bezpiecznych baterii z wyselekcjonowanych materiałów, które będą miały największy potencjał do zastosowań komercyjnych.

Ciecze jonowe jako dodatek poprawiający właściwości eksploatacyjne mas aktywnych rozruchowych akumulatorów kwasowo-ołowiowych

Projekt realizowany w ramach: NCBiR PBS3
Okres realizacji: 2015-2017

Projekt realizowany jest w Konsorcjum w składzie:

Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu CLAiO - Lider
Politechnika Poznańska Wydział technologii Chemicznej
PPUH AUTOPART Jacek Bąk Sp. z o.o.

Tematem projektu jest opracowanie rozruchowego akumulatora kwasowo-ołowiowego o zmodyfikowanym składzie mas aktywnych, który będzie charakteryzował się poprawionymi właściwościami eksploatacyjnymi. Planuje się zastosować wodorosiarczanowe(VI) aprotonowe i protonowe ciecze jonowe. Ich dodatek, na etapie tworzenia tzw. pasty pozwoli częściowo wyeliminować stosowany standardowo roztwór H2SO4, natomiast kation organiczny wykazujący wysoką aktywność powierzchniową oraz niski kąt zwilżania będzie miał istotny wpływ na właściwości spajające masę aktywną. Proponowane badania układów 2V pozwolą wskazać najbardziej perspektywiczne związki. Następnie, zostaną wytworzone 12V demonstratory technologii na liniach przemysłowych, których charakterystyka fizykochemiczna, elektrochemiczna i elektryczna posłuży do ostatecznej oceny wpływu proponowanych dodatków na właściwości użytkowe akumulatorów. Tematyka ta jest ważna, ponieważ Polska jest jednym z głównych producentów akumulatorów kwasowych w UE.

Chemiczna synteza i właściwości elektrochemiczne grafenu i jego nanokompozytów

Projekt realizowany w ramach: NCN

Okres realizacji: 2012-2015

Projekt dotyczy opracowania metod syntezy grafenu o bardzo dużej powierzchni właściwej, tlenku grafenu i nowych kompozytów grafenu z tlenkami metali, takimi jak TiO2, Fe2O3, Cr2O3, SnO2. Uzyskane nanokompozyty będą badane jako potencjalne materiały aktywne dla elektrochemicznych urządzeń do magazynowania i konwersji energii: superkondensatorów i baterii litowych. Wysiłki badawcze będą skoncentrowane na otrzymaniu materiałów o możliwie największej zdolności do gromadzenia ładunku.

Kierownik projektu: dr inż. Mariusz Walkowiak

Development of a modular battery system capable of using new types of cells of different chemistry for applications in the public transport sector and for re-use in stationary applications

Projekt realizowany w ramach KIC InnoEnergy SE

Okres realizacji: 2016 - 2017

Celem projektu jest opracowanie modularnego systemu baterii umożliwiającego wykorzystanie nowych typów ogniw opartych na różnych chemiach materiałów elektrodowych i posiadających różne charakterystyki użytkowe, dostosowane do wielu scenariuszy transportu miejskiego. Różne technologie zostaną w ramach projektu ustandaryzowane, umożliwiając integrację w ramach autobusu miejskiego. Implementacja różnych algorytmów użytkowania umożliwi precyzyjne określenie optymalnych warunków ekonomicznych użytkowania baterii. W ramach projektu opracowane zostaną od strony mechanicznej i elektrycznej standaryzowane moduły baterii umożliwiające zainstalowanie odmiennych typów chemii ogniw, zawierające ponadto specjalnie zaprojektowane systemy zarządzania temperaturą, oraz systemy zarządzania ogniwami (BMS) umożliwiające optymalizację czasu życia modułów. Projekt umożliwi opracowanie gotowego do sprzedaży zestawu technologii, odpowiadających zapotrzebowaniu operatorów autobusów miejskich. Rola IMN CLAiO w ramach projektu polega głównie na kompleksowych testach elektrycznych i środowiskowych modułów zgodnie z międzynarodowymi standardami, takich jak odporność na wibracje, szoki, udary, zwarcia, itp.

Kierownik projektu: dr hab. inż. Mariusz Walkowiak, prof. IMN

Diagnostyka wczesnego rozpoznawania zjawiska PCL w akumulatorach ołowiowych w celu zwiększenia niezawodności systemów zasilania rezerwowego

Projekt realizowany w ramach: NCBiR PBS1

Okres realizacji: 2012-2015

Projekt realizowany jest w Konsorcjum w składzie:

  • Instytut Metali Nieżelaznych CLAiO (Lider)
  • Akademia Górniczo Hutnicza Wydział Metali Nieżelaznych
  • Instytut Łączności – Państwowy Instytut Badawczy
  • TELZAS Sp. z o.o.

Tematyka projektu dotyczy wczesnych symptomów zjawiska zachodzącego w niektórych ogniwach akumulatorów ołowiowych określanych jako efekt przedwczesnej utraty pojemności (PCL). Głównym celem badań jest opracowanie nowych efektywnych metod diagnostyki efektu PCL-u, dla zwiększenia niezawodności systemów zasilania rezerwowego opartego o akumulatory ołowiowe i obejmują one najważniejsze obszary istotne w kontekście analizy efektu PCL-u. Pozwoli to uzyskać pełną korelację parametrów elektrycznych i właściwości elementów składowych ogniw.

Duże magazyny energii elektrycznej współpracujące z odnawialnymi źródłami energii

Projekt realizowany w ramach: NCBiR

Okres realizacji: 2014 - 2016

Celem głównym projektu jest stworzenie prototypów oraz wprowadzenie do produkcji dwóch innowacyjnych grup magazynów energii elektrycznej przeznaczonych do współpracy z OZE w zdecentralizowanych sieciach wytwórczych oraz stacjami bazowymi telefonii komórkowej. Powstałe w wyniku realizacji projektu dwa systemy magazynowania energii elektrycznej będą zbudowane w oparciu o ogniwa litowo-polimerowe. Technologia ta pozwoli na uzyskanie dużej gęstości magazynowanej energii oraz znacząco zwiększy żywotność oferowanych rozwiązań. Cel główny projektu zostanie osiągnięty poprzez przeprowadzenie fazy badawczo-rozwojowej, złożonej z badań przemysłowych i prac rozwojowych oraz fazy wdrożeniowej. Realizacja fazy badawczej doprowadzi do opracowania założeń technologicznych oraz wytworzenia prototypów szafowych systemów akumulatorowych dla dwóch docelowych grup produktowych, odpowiednio - dla grupy ENERGY-ESS (Systemy dużej mocy i pojemności, powyżej 1MWh) oraz dla grupy COMM-ESS (mniejsze modułowe systemy bateryjne o mocy do 50 kWh). W ramach fazy badawczej zostaną przeprowadzone badania przemysłowe obejmujące testy wydajnościowe, termiczne oraz mechaniczne pojedynczych cel, modułów oraz szaf bateryjnych. Prace rozwojowe prowadzone będą w zakresie projektu mechanicznego, elektrycznego elektronicznego oraz oprogramowania pojedynczych modułów oraz szaf bateryjnych. Pierwsza grupa magazynów przeznaczona będzie do współpracy z dużymi instalacjami OZE i w dalszej części wniosku będzie oznaczana jako Grid Scale – Energy Storage System (ENERGY-ESS). Druga grupa umożliwiła będzie magazynowanie energii bezpośrednio u indywidualnych odbiorców (gospodarstwa domowe), stacje telekomunikacyjne, małe instytucje państwowe np. szpitale i w dalszej części wniosku będzie oznaczana jako Consumer Scale – Energy Storage System (COMM-ESS). Realizacja fazy wdrożeniowej doprowadzi do budowy oraz wyposażenia zakładu produkcyjnego (m.in. w zaplecze produkcyjne, linię montażową oraz laboratorium jakości), przeznaczonego do produkcji obydwu grup systemów magazynowania energii elektrycznej. W ramach fazy badawczo-rozwojowej planowane jest: 1) Przeprowadzenie testów modułów składających się z ogniw litowo-jonowych i litowo-polimerowych oraz układów aktywnego zarzadzania termicznego pod kątem min.: a) wydajności prądowej b) wpływu prądu ładowania i rozładowania ogniw na wzrost ich temperatury c) wpływu temperatury zewnętrznej na wydajność prądową ogniw d) wpływu temperatury zewnętrznej na bezpieczeństwo pracy e) bezpieczeństwo po mechanicznym uszkodzeniu 2) Wykonanie prototypów pojedynczych wsuwek jak i szaf systemowych układu ENERGY-ESS. 3) Wykonanie prototypów pojedynczych wsuwek jak i szaf systemowych układu COMM-ESS. 4) Stworzenie algorytmów sterowania dla układów COMM-ESS i ENERGY-ESS 5) Badania laboratoryjne i rozwój układów COMM-ESS i ENERGY-ESS w zakresie konstrukcji.

Kierownik projektu: dr Daniel Waszak

Hybrydowe źródło zasilania elektrycznego urządzeń wspomagających akcje ratownicze i ewakuację

Projekt realizowany w ramach: NCBiR

Okres realizacji: 2013-2015

Projekt realizowany jest w Konsorcjum w składzie:

  • Akademia Marynarki Wojennej (Lider konsorcjum)
  • Impact Clean Technology
  • Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu, CLAiO

Projekt dotyczy zaprojektowania oraz wytworzenia demonstratora hybrydowego źródła zasilania wspomagającego akcje ratownicze i ewakuację. Koncepcja źródła zasilania opiera się o mieszane systemy magazynujące oraz generujące bezemisyjnie energię eklektyczną. Moc urządzenia powinna osiągnąć poziom zgodny z założeniami przyjętymi w ramach prac panelu 173, NATO Research and Technology Organisation – 100W – 500W (urządzenia przenośne) i 500W – 2000W (urządzenia mobilne).

Kierownik projektu ze strony IMN Oddział w Poznaniu, CLAiO: mgr inż. P. Swoboda

Interkalacja jonami litu jako metoda otrzymywania materiałów elektrodowych wysokoenergetycznych kondensatorów elektrochemicznych

Projekt realizowany w ramach: NCN

Okres realizacji: 2014-2017

Efektem projektu będzie otrzymanie materiałów elektrodowych, które pozwolą na uzyskanie wysokich wartości gęstości mocy kondensatora elektrochemicznego. Jako główną metodę otrzymywania wybrano proces interkalacji jonów litu w grafit. Dodatkowo w projekcie zaplanowano eksfoliację grafitu metodą chemiczną. Ze względu na zastosowanie elektrolitów organicznych (o rozszerzonym napięciu pracy) możliwe będzie uzyskanie również wysokiej wartości energii. Przeprowadzenie szeregu badań fizykochemicznych oraz elektrochemicznych ma na celu określenie najkorzystniejszych warunków wytwarzania nowych materiałów elektrodowych (tj. sposób eksfoliacji, parametry procesu) jak również określenie optymalnych parametrów pracy tychże materiałów w zakresie magazynowania i konwersji energii.

Kierownik projektu: dr inż. I. Acznik

Kondensator hybrydowy typu Ni(OH)2/C pracujący w elektrolicie wodnym o zwiększonej gęstości energii

Projekt realizowany w ramach: MNiSW

Okres realizacji: 2016 - 2017

Celem projektu jest wykonanie modelowego kondensatora elektrochemicznego o budowie hybrydowej. Główną ideą urządzenia jest zastosowanie węgla o dobrze rozwiniętej powierzchni właściwej (klasyczna elektroda kondensatora podwójnej warstwy elektrycznej) jako elektrody ujemnej oraz wodorotlenku niklu (elektroda stosowana w ogniwach Ni-Cd oraz Ni-MH) jako elektrody dodatniej. Tego typu budowa pozwoli na zwiększenie gęstości dostarczanej energii dzięki rozszerzonemu napięciu pracy (1,5 V), w porównaniu z kondensatorami symetrycznymi (obie elektrody węglowe) pracującymi w takim samym elektrolicie (0,8 V). Dzięki zastosowaniu elektrolitu wodnego, opracowany kondensator będzie bezpieczny w użytkowaniu oraz tańszy do wyprodukowania. Obecnie stosowane łatwopalne elektrolity organiczne wymagają stosowania atmosfery ochronnej, co zwiększa koszty produkcji. Zaplanowane w ramach projektu zadania obejmują m. in. wytypowanie materiałów elektrodowych o najkorzystniejszych właściwościach elektrochemicznych, charakterystykę fizykochemiczną oraz analizę elektrochemiczną wybranych układów elektroda/elektrolit, jak również opracowanie metodyki wykonywania poszczególnych elementów kondensatora. Przeprowadzenie szeregu zaplanowanych czynności ma na celu skorelowanie właściwości fizykochemicznych z parametrami elektrochemicznymi materiałów elektrodowych, jak również określenie optymalnych warunków pracy kondensatora hybrydowego pod kątem wydajności moc-energia. Efektem projektu będzie opracowanie urządzenia do konwersji i magazynowania energii – kondensatora hybrydowego typu Ni(OH)2/C - na IV poziomie gotowości technologii. Zaprojektowany kondensator hybrydowy będzie stanowić krótkoterminowy (ang. short-term) magazyn energii możliwy do zastosowania wszędzie tam gdzie wymagana jest natychmiastowa odpowiedź układu podczas impulsowych zaników bądź zwyżek mocy.

Kierownik projektu: dr inż. Ilona Acznik

Nowe typy kompozytów metaliczno-węglowych do elektrochemicznego magazynowania wodoru

Projekt realizowany w ramach: NCN

Okres realizacji: 2014-2017

Celem projektu jest opracowanie i wytworzenie kompozytów węgiel/stop wodorochłonny oraz przebadania ich właściwości elektrochemicznych i fizycznych, pod kątem zastosowań jako nowoczesne materiały elektrodowe. Zmiany właściwości materiałów poprzez modyfikację zarówno składu materiału stopowego jak i kompozytu MH/C mogą pozwolić na osiąganie wyższych wartości energii właściwej z jednostki objętości.

Kierownik projektu: mgr inż. P. Swoboda

Opracowanie baterii BTR-06 i BTR-07 do modernizowanego wyrobu GROM

Praca zlecona przez MESKO S. A.

Okres realizacji: 2011-2014

Przedmiotem projektu jest opracowanie dwóch typów baterii termicznych o określonych przez odbiorcę parametrach eksploatacyjnych. Zakres pracy obejmuje: opracowanie konstrukcji, opracowanie dokumentacji technicznych, wykonanie i badania odbiorcze partii modelowych i prototypowych oraz przekazanie tych partii odbiorcy do testów w zespołach wyższego rzędu a także opracowanie dokumentacji technicznych do produkcji seryjnej.

Opracowanie baterii termicznej BTR-10 do amunicji precyzyjnego rażenia APR-120

Praca zlecona przez MESKO S. A.
Okres realizacji: 2015-2016

Przedmiotem projektu było opracowanie nowego typu baterii termicznej o określonych przez odbiorcę parametrach eksploatacyjnych. Zakres pracy obejmował: opracowanie konstrukcji, opracowanie dokumentacji technicznej dla partii prototypowej, wykonanie i badania odbiorcze partii prototypowej, przekazanie tej partii odbiorcy w celu zastosowania w zespołach wyższego rzędu, a także opracowanie dokumentacji technicznej do produkcji seryjnej.

Opracowanie technologii produkcji ciągłej folii modyfikowanej powierzchniowo oraz opracowanie zestawów fotowoltaicznych

Projekt badawczo-rozwojowy

Okres realizacji: 2013 - 2014

Separator pełni istotną rolę, jako składowy element akumulatora. Głównym zadaniem separatora jest mechaniczna izolacja płyt w celu uniknięcia zwarć pomiędzy elektrodami. Jednocześnie separator powinien stawiać możliwie mały opór strumieniowi jonów przepływającemu pomiędzy elektrodami. Technologia modyfikacji warstwy wierzchniej (WW) tworzywa jest techniką szczególnie przydatną do modyfikacji cienkich folii polimerowych, ponieważ nie narusza ich struktury wewnętrznej. Jedną z nowych technik modyfikacji jest zastosowanie plazmy niskotemperaturowej, która umożliwia modyfikację własności fizycznych i chemicznych WW. W ramach realizacji pracy badawczo-rozwojowej pt. „Opracowanie technologii produkcji ciągłej folii modyfikowanej powierzchniowo oraz opracowanie zestawów fotowoltaicznych” skupiono się w pierwszym etapie nad metodą szczepienia porowatej folii polipropylenowej heksametylodisiloksanem w celu uzyskania separatora o małej oporności dla jonów. Próbki membran szczepione były heksametylodisiloksanem po uprzedniej aktywacji w plazmie niskotemperaturowej otrzymanej w wyniku wyładowań barierowych. Aktywację i szczepienie próbek wykonywano na reaktorze stacjonarnym z możliwością prowadzenia procesu szczepienia w sposób ciągły. Przeprowadzono badania membran otrzymywanych w różnych warunkach. Opracowano także technologię szczepienia kwasu akrylowego na powierzchni folii przy pomocy plazmy niskotemperaturowej. Uzyskane w ten sposób folie wykazywały bardzo dobre własności umożliwiające zastosowanie ich w jako separatorów w akumulatorach litowo-jonowych. Folie te nadają się szczególnie do akumulatorów, które muszą posiadać dużą trwałość cykliczną np. do akumulatorów stosowanych jako magazyny energii w fotowoltaice

Kierownik projektu: mgr inż. Jerzy Kunicki

Opracowanie założeń technologicznych pozyskiwania związków uranu ze strumienia kwasu fosforowego otrzymywanego z rud zawierających fosfor

Projekt badawczo-rozwojowy

Okres realizacji projektu: 2014 r.

Kwas fosforowy metodą mokrą otrzymuje się przez ługowanie fosforytów kwasem siarkowym, a następnie oddzielenie wytrąconego siarczanu wapnia. Fosforyty zawierają z reguły uran w ilościach rzędu 0,01—0,02 %wagowych. Podczas działania kwasu siarkowego około 80% uranu roztwarza się i zostaje w kwasie fosforowym. Chociaż zawartość uranu w kwasie jest stosunkowo niska, to tonażowa produkcja kwasu fosforowego w świecie jest tak wysoka, że odzyskiwanie uranu staje się godne uwagi. Znane są metody ekstrakcji uranu z kwasu fosforowego za pomocą rozpuszczalnika organicznego. Niniejsza praca polegała na wykonaniu prac wstępnych w skali laboratoryjnej polegających na odzysku uranu z kwasu fosforowego za pomocą wymieniaczy jonowych. Próby takie były wykonywane z wykorzystaniem żywic DOW Chemicals na instalacji znajdującej się w RPA, jako alternatywa dla metod rozpuszczalnikowych i metoda ta jest obecnie doskonalona. Również inne firmy oferują jonity wskazując, jako ich zastosowanie usuwanie jonów uranu z roztworów obok jonów innych metali. Ponadto, jonity stosuje się także do pozyskiwania uranu poprzez jego ekstrakcje z rud tego pierwiastka kwasem siarkowym. Rozwój technologii wytwarzania wymieniaczy jonowych wyniknął z potrzeby uzdatniania wody. Następnie, zaczęto stosować wymieniacze jonowe również do oczyszczania ścieków przemysłowych, z których odzyskiwana jest nie tylko woda, ale także inne składniki, takie jak metale. Operacja sorpcji jest ważnym i nieodzownym elementem technologii otrzymywania i separacji czystych metali szlachetnych w procesie wydzielenia resztek metali szlachetnych z roztworów odpadowych, jak i z roztworów otrzymanych w trakcie ługowania surowców ubogich w te pierwiastki. Rozwój wymiany jonowej oraz olbrzymi zakres jej zastosowania stały się powszechnie dostępne z chwilą wynalezienia nowoczesnych jonitów o odpowiednich właściwościach fizykochemicznych, wśród nich należy wymienić syntetyczne tworzywa organiczne otrzymane metodą polikondensacji, czy jonity polimeryzacyjne. Ponadto, dzięki wprowadzeniu do produkcji jonitów makroporowatych, o strukturze podobnej do gąbki, o rzeczywistych wymiarach większych niż wymiary cząsteczkowe, udało się uzyskać poprawę zdolności kinetycznych stosowanych wymieniaczy jonowych. Wielkość makroporów może dochodzić nawet 1300 Å, co pozwala na zastosowanie jonitów makroporowatych do usuwania jonów o dużej masie cząsteczkowej. Natomiast w przypadku jonitów mających charakter żelu, dyfuzja jonów jest możliwa dzięki wolnym przestrzeniom pomiędzy atomami niezwiązanymi bezpośrednio ze sobą. Wielkość tych przestrzeni jest zawarta w przedziale od kilku do kilkudziesięciu Å, a wiec jest porównywalna z wielkością hydratyzowanych jonów nieorganicznych, co ogranicza dyfuzję jonów o większych rozmiarach. W miarę rozwoju wymieniaczy jonowych udało się także uzyskać poprawę ich selektywności poprzez syntezę jonitów selektywnych/chelatujących. Przedmiotem badań był kwas fosforowy wytwarzany w wyniku ekstrakcji surowców fosforonośnych kwasem siarkowym. W ramach wykonywanej pracy przygotowano stanowiska badawcze składające do prób statycznych oraz dla prób dynamicznych kolumny jonitowe wyposażone w układ dozujący i grzewczy. Badania nad odzyskiem uranu z kwasu fosforowego o różnych stężeniach, prowadzono na sześciu jonitach, zaproponowanych przez producentów. Oznaczenie zawartości U w próbkach wykonano z wykorzystaniem metody ICP-AES. Prace prowadzone na instalacji laboratoryjnej pozwoliły na opracowanie parametrów procesu oczyszczania roztworu kwasu fosforowego z uranu. Proces przebiegł z dobrą wydajnością. Zaproponowano schemat technologiczny sorpcji uranu z kwasu fosforowego oraz schemat technologiczny elucji uranu z kolumn. Ponadto, przygotowano bilans produktowy i surowcowy dla instalacji przemysłowej oraz oszacowanie kosztów operacyjnych.

Kierownik projektu: dr Agnieszka Martyła

Synteza i właściwości elektrochemiczne kompozytów polipirol/nanostruktury węglowe

Projekt realizowany w ramach: NCN

Okres realizacji: 2013-2016

Celem projektu jest wytworzenie nanostruktur węglowych metodą katalitycznego rozkładu z fazy gazowej, z wykorzystaniem związków żelaza jako katalizatorów. Zarówno wytworzone nanostruktury węglowe jak i komercyjne nanorurki zostaną użyte do otrzymania kompozytów z polipirolem. Skład kompozytów zostanie zoptymalizowany pod kątem wykorzystania materiałów jako elektrod kondensatora elektrochemicznego i osiągnięcia jak najwyższych wartości pojemności, energii czy mocy.

Kierownik projektu: dr inż. K. Lota

Typoszereg programowalnych baterii termicznych amunicji rakietowej

Projekt realizowany w ramach NCBiR z obszaru obronności i bezpieczeństwa państwa

Okres realizacji: 2016 - 2019


Przedmiotem projektu jest innowacyjne na skalę światową rozwiązanie w postaci programowalnej baterii termicznej do zastosowania w rakietach krótkiego i średniego zasięgu. Celem takiego rozwiązania jest uzyskanie możliwości produkowania baterii o zróżnicowanych parametrach elektrycznych na bazie jednego klasycznego modułu zasilania połączonego z wymiennym modułem przetwarzania energii. Ważnym aspektem będzie kompatybilność tych podzespołów i uzyskanie programowalnej baterii termicznej. Rozwiązanie takie jest szczególnie uzasadnione w przypadku baterii wysokonapięciowych, co pozwala na znaczne zmniejszenie gabarytów baterii. Przeprowadzone zostaną prace badawcze nad wykorzystaniem nowoczesnych materiałów aktywnych, w tym również wytworzonych w ramach projektu. Przeprowadzone też zostaną badania eksploatacyjne poszczególnych modułów i całej baterii w kolejnych fazach zaawansowania konstrukcji. Efektem końcowym projektu będzie prototyp programowalnej baterii termicznej.

Kierownik projektu: mgr inż. Karol Kopciuch

Wpływ dodatku węglowego do katody siarkowej na parametry pracy ogniwa litowo-siarkowego

Projekt realizowany w ramach: NCN

Termin realizacji projektu:  2017 - 2020

Ogniwa litowo-jonowe od czasu ich pierwszej komercjalizacji ponad 20 lat temu zdominowały rynek chemicznych źródeł prądu dla przenośnych urządzeń elektronicznych. Jednakże ograniczona gęstość energii i pojemność teoretyczna baterii Li-ion oraz rosnące zapotrzebowanie i wymagania rynku sprzyjają poszukiwaniu innych rozwiązań.

Metaliczny lit posiadający spośród metali najmniejszą gęstość i najwyższą pojemność teoretyczną (3861 mAh g-1) jest uważany za najlepszą anodę dla akumulatora. Elementarna siarka z pojemnością teoretyczną 1673 mAh g-1 wydaje się korzystną elektrodą przeciwną dla litu. Bateria litowo-siarkowa w takim układzie może posiadać gęstość energetyczną sięgającą 2500 Wh kg-1, prawie pięciokrotnie wyższą od energii standardowego akumulatora Li-ion. Niski koszt, nietoksyczność oraz naturalne występowanie siarki w środowisku również sprzyja zainteresowaniu środowiska naukowego ogniwami Li-S. Mimo postępujących prac, komercjalizacja baterii Li-S ciągle napotyka poważne problemy, do których zaliczyć należy: małą wydajność ładowania, słabą stabilność cykliczną i dużą wartość samorozładowania. Wady baterii Li-S wynikają z kilku powodów. Siarka wykazuje słabe przewodnictwo elektryczne, a więc komponując katodę należy zaplanować sporą ilość dodatku przewodzącego, co z kolei obniża zawartość samej siarki i zmniejsza gęstość energetyczną ogniwa. Drugim poważnym problemem jest rozpuszczalność tworzących się w czasie reakcji elektrodowej polisiarczków litu w organicznych elektrolitach i ich migrację w kierunku anody, gdzie następuje dalsza reakcja z litem prowadząca do powstania nierozpuszczalnych i nieprzewodzących Li2S2 i Li2S. Powyższe polisiarczki odkładając się na anodzie powodują jej korozję oraz polaryzację, a tym samym zmniejszają ilość masy czynnej katody. Jednocześnie redukcja siarki i powstawanie polisiarczków litu w procesie elektrodowym jest kluczową reakcją ogniwa Li-S. Wyzwaniem jest więc odpowiednie skomponowanie katody zapewniając przewodnictwo jonowe oraz enkapsulację powstających polisiarczków w porach węgla i ich pozostawanie w przestrzeni katodowej.

Głównym zadaniem pracy będzie otrzymanie porowatych materiałów węglowych o rozwiniętej powierzchni właściwej i ich zastosowanie jako dodatku do katody siarkowej. Planuje się wytworzyć węgle aktywne z różnych prekursorów (węgiel brunatny, pestki śliwek, kolba kukurydzy, skóry owoców). Otrzymane węgle zostaną połączone z elementarną siarką metodą fizycznego wymieszania lub poprzez infiltrację rozpuszczonej siarki do porów węgla i odparowanie jej nadmiaru. Tak przygotowana katoda zostanie przebadana elektrochemicznie w ogniwie litowo-siarkowym w celu oceny wpływu obecności porowatego węgla na uzyskiwaną pojemność odwracalną ogniwa i stabilność cykliczną.

Jednym z zadań pracy będzie nowatorskie podejście do badań elektrochemicznych i próba skonstruowania szklanego, szczelnego naczynia elektrodowego w kształcie prostopadłościanu. Przezroczyste ściany naczynia umożliwią prowadzenie obserwacji zachodzących przemian i badania in-situ tworzących się polisiarczków litu. Liczymy na uzyskanie cennych informacji na temat przebiegu i kinetyki reakcji elektrodowych zachodzących w ogniwach litowo-siarkowych oraz ocenę wpływu porowatego węgla dodanego do katody siarkowej na zjawisko migracji polisiarczków litu.

Efektem podjętych badań będzie zdobycie nowej wiedzy na temat przebiegu reakcji elektrodowych w ogniwach litowo-siarkowych oraz wpływu porowatego węgla na pojemność odwracalną i stabilność cykliczną ogniwa Li-S. Zainteresowanie środowiska naukowego ogniwami litowo-siarkowymi stale rośnie i jest duża szansa, że ogniwa te zdominują w niedalekiej przyszłości rynek chemicznych źródeł prądu.

Słowa klucze: węgiel, siarka, polisiarczki, ogniwo litowo-siarkowe, chemiczne źródła prądu

Kierownik projektu: dr Paulina Półrolniczak

Zaawansowane materiały i technologie ich wytwarzania

Projekt realizowany w ramach: MNiSW

Okres realizacji: 2010-2014
Projekt realizowany jest w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka w latach 2007 - 2013.

Priorytet 1. Badania i rozwój nowoczesnych technologii

Działanie 1.1. Wsparcie badań naukowych dla budowy gospodarki opartej na wiedzy

Poddziałanie 1.1.2 Strategiczne programy badań naukowych i prac rozwojowych

Projekt realizowany jest w Konsorcjum w składzie:

  • Instytut Metali Nieżelaznych (Lider konsorcjum)
  • Politechnika Krakowska, Wydział Mechaniczny
  • Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii
  • Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej
  • Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Metali Nieżelaznych
  • Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN
  • Instytut Odlewnictwa
  • Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych

Celem projektu jest wykorzystanie najnowszych osiągnięć współczesnej inżynierii materiałowej dla stworzenia bazy i zarazem oferty nowoczesnych rozwiązań materiałowych i technologicznych dla przemysłów działających w obszarze metali nieżelaznych. Obszar ten obejmuje ścisły przemysł metali nieżelaznych lecz także szereg związanych z nim nowoczesnych branż gospodarczych jak elektronika, fotonika, transport, energetyka i źródła energii. Opracowanie wspomnianej bazy i zarazem oferty nowoczesnych rozwiązań materiałowych i technologicznych stanowić będzie stymulator zmian społeczno - gospodarczych, ukierunkowanych na przyspieszony i zrównoważony rozwój gospodarczy kraju oraz na poprawę jakości życia społeczeństwa. Kierunki te stanowią zarazem istotę działań I priorytetu POIG "Badania i rozwój nowoczesnych technologii" oraz działań Krajowego Programu Badań Naukowych i Prac Rozwojowych, szczególnie w ramach priorytetu "Nowoczesne technologie dla gospodarki".

Kierownik projektu: Prof. dr inż. Z. Śmieszek (IMN Gliwice)

Obszar 6: Materiały dla fotoniki i źródeł energii

Obszar 6 obejmuje 6 zadań badawczych, w tym 3 zadania realizowane są przez Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu Centralne Laboratorium Akumulatorów i Ogniw.

Kierownik obszaru: dr inż. Maciej Kopczyk, prof. IMN

Zadanie 5: Nowe wieloskładnikowe materiały metaliczne i kompozytowe przeznaczone do zastosowań w napędach elektrycznych.

Kierownik zadania: dr inż. A. Sierczyńska, dr M. Staszewski

Zadanie 6: Kompozytowe materiały elektrodowe do asymetrycznych kondensatorów elektrochemicznych.

Kierownik zadania: dr inż. K. Lota

Zadanie 7: Nanostrukturalne, kompozytowe membrany przewodzące jako elektrolity stałe dla elektrochemicznych ogniw litowych i fotowoltaicznych.

Kierownik zadania: dr inż. M. Walkowiak

Więcej informacji

Zaawansowane technologie wytwarzania materiałów funkcjonalnych do przewodzenia, przetwarzania, magazynowania energii

Projekt realizowany w ramach: NCBiR

Okres realizacji: 2009-2014
Projekt realizowany jest w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka w latach 2007 - 2013.

Priorytet 1. Badania i rozwój nowoczesnych technologii

Działanie 1.3. Wsparcie projektów B+R na rzecz przedsiębiorców realizowanych przez jednostki naukowe

Poddziałanie 1.3.1 Projekty rozwojowe

Projekt obejmuje zagadnienia badawcze, głównie o charakterze aplikacyjnym, licznej grupy materiałów metalicznych i kompozytowych, których wspólną cechą są ich zastosowania w obszarze energii. Jest to szeroki obszar gospodarczo – społeczny posiadający kluczowe znaczenie dla rozwoju współczesnej cywilizacji. Hasło „ ENERGIA” , w aspekcie nowych źródeł energii, przetwarzania form energii oraz jej oszczędzania, stanowi priorytet wielu programów światowych, w tym programów Ramowych Unii Europejskiej, a także Strategii Rozwoju Kraju.

Kierownik projektu: dr inż. M. Woch, Prof. IMN (IMN Gliwice)

Obszar 2: Zaawansowane technologie wytwarzania materiałów funkcjonalnych do przetwarzania i magazynowania energii

Obszar 2 obejmuje 6 zadań badawczych, w tym 4 zadania realizowane są przez Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu, CLAiO

Zadanie 1: Wieloskładnikowe stopy metali jako materiały anodowe dla wysokoenergetycznych ogniw Ni-MH.

Kierownik zadania: dr inż. Agnieszka Sierczyńska

Zadanie 2: Wytwarzanie warstwowych materiałów na bazie magnezu na podłożu niklu, stopów niklu lub żelaza do zastosowań w modelowej baterii rezerwowej oraz dobór i optymalizacja pozostałych elementów baterii.

Kierownik zadania: mgr inż. Sławomir Styczyński

Zadanie 3: Nowe materiały półprzewodnikowe o strukturze skuterudytu do zastosowań na elementy termoelektryczne oraz elektrody ogniw litowo-jonowych.

Kierownik zadania: dr Adriana Wrona, dr inż. Mariusz Walkowiak

Zadanie 6. Wyznaczanie charakterystyk fizykochemicznych wodorków metali jako materiałów do magazynowania wodoru dla ogniw paliwowych.

Kierownik zadania: dr inż. Agnieszka Sierczyńska

Więcej informacji