MENU

ZAKŁADY I PRACOWNIE

Zakłady i pracownie

Zakład Zaawansowanych Materiałów

oranges-line

Działalność Zakładu Zaawansowanych Materiałów dotyczy głównie syntezy zaawansowanych materiałów stosowanych w branży chemicznych źródeł prądu. Zespół naukowców Zakładu specjalizuje się w:

  • Opracowaniu metod syntezy materiałów funkcjonalnych posiadających szerokie spektrum możliwych zastosowań, ze szczególnym uwzględnieniem materiałów stosowanych w systemach magazynowania i konwersji energii jak:
    • akumulatory
    • superkondensatory
    • ogniwa paliwowe
    • ogniwa fotowoltaiczne
  • Wykonywaniu dla materiałów charakterystyk:
    • strukturalnych
    • chemicznych
    • fizykochemicznych
  • Testowaniu materiałów w modelowych ogniwach elektrochemicznych w skali laboratoryjnej wykorzystując zaawansowane metody elektroanalityczne
  • Dokonywaniu oceny zdolności nowych materiałów do magazynowania energii
  • Opracowaniu metod recyklingu układów prądotwórczych z analizą surowców włącznie
  • Wytwarzaniu wyspecjalizowanych produktów z branży chemicznej i materiałowej (najnowsze badania dotyczą wytwarzania grafenu i otrzymywania nanokompozytów tlenek metalu/grafen)

W Zakładzie wykonuje się syntezy materiałów nanostrukturalnych o różnych morfologiach i określonych właściwościach.

Pracownicy Zakładu Zaawansowanych Materiałów przeprowadzają szkolenia praktykantów i stażystów w zakresie chemii analitycznej i badań materiałowych, oraz szkolenia komercyjne.

Ponadto Zakład Zaawansowanych Materiałów współpracuje z organizacjami naukowo-badawczymi oraz z podmiotami branżowymi w ramach krajowych, a także międzynarodowych programów rozwojowych.

 

Zakład Zaawansowanych Materiałów i Analityki oferuje następujące usługi:

  • syntezy materiałów nanostrukturalnych.
  • charakterystyki elektrochemiczne materiałów w półogniwach i ogniwach litowo-jonowych.
  • charakterystyki elektryczne superkondensatorów.

 

Zestaw do suszenia w warunkach nadkrytycznego dwutlenku węgla.
Zestaw do suszenia w warunkach nadkrytycznego dwutlenku węgla.

Suszenie w warunkach nadkrytycznego dwutlenku węgla.

Suszarka laboratoryjna MEMMERT UNE 400
Suszarka laboratoryjna MEMMERT UNE 400

Naturalny obieg powietrza
Pojemność 53 l
Maksymalna temperatura 250°C
Elektroniczne sterowanie i programowanie temperatury i czasu

Suszarka próżniowa COLECTOR SPU 200
Suszarka próżniowa COLECTOR SPU 200

Wbudowana pompa próżniowa
Maksymalna temperatura 200°C
Maksymalna osiągana próżnia 0,06 MPa

Piec laboratoryjny muflowy NABERTHERM L5/12 i L9/11
Piec laboratoryjny muflowy NABERTHERM L5/12 i L9/11

Pojemność 5 l lub 9 l
Temp. maksymalna do 1200°C
Sterownik P330 – możliwość ustawienia profilu czasowo-temperaturowego składającego się z 8 ramp

Homogenizator ultradźwiękowy HIELSCHER UP400S
Homogenizator ultradźwiękowy HIELSCHER UP400S

Moc 400 W
Częstotliwość ultradźwięków 24 kHz
Amplituda regulowana
Komora dźwiękoszczelna
3 wymienne sonotrody

Wirówka laboratoryjna MPW-351
Wirówka laboratoryjna MPW-351

Prędkość maksymalna 18 000 rpm
3 wymienne wirniki kątowe: 4x100 ml, 4x85 ml, 6x30 ml

Reaktor ciśnieniowy (autoklaw) PARR Instrument 4520
Reaktor ciśnieniowy (autoklaw) PARR Instrument 4520

Ciśnienie maksymalne 130 bar
Temperatura maksymalna 350°C
Pojemność naczynia 2000 ml, pojemność minimalna 200 ml
Mieszadło magnetyczne
Wężownice chłodzące

 

Wielokanałowy modularny potencjostat/galwanostat VMP BioLogic 3
Wielokanałowy modularny potencjostat/galwanostat VMP BioLogic 3

10 odrębnych kanałów,

Zakres potencjostatu od -10V-10V do 0-20V przy rozdzielczości do 5µV przy maksymalnym natężeniu prądu do -2,4A - 2,4A przy rozdzielczości 0,004% względnego zakresu,

Zakres pomiarowy natężenia prądu do ±1A (przy rozdzielczości do 400pA), przy szybkości do 200 000 pomiarów na sekundę,

Zakres pomiarowy potencjału do ±10V (przy rozdzielczości do 75µV), przy szybkości do 200 000 pomiarów na sekundę,

Zakres pomiarowy spektroskopii impedancyjnej 10µHz-500kHz.

Komora rękawicowa Braun LabStar
Komora rękawicowa Braun LabStar

Praca w beztlenowej i bezwodnej atmosferze (O2 & H2O < 0.5 ppm),

System oczyszczania atmosfery z regeneracją złoża,

2 śluzy.

Automatyczny aplikator powłok Elcometer
Automatyczny aplikator powłok Elcometer

Nanoszenie cienkich warstw cieczy i past na dowolne podłoże stałe.

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 technologie wytwarzania materiałów funkcjonalnych do przewodzenia, przetwarzania, magazynowania energii. (Obszar II) Materiały półprzewodnikowe o strukturze skaterudytu przeznaczone na elektrody ogniw litowo-jonowych i termogeneratory wytwarzające energię elektryczną. (Zad. II.3)

Projekt realizowany w ramach: POIG
Okres realizacji: 2010-2014

Projekt dotyczy możliwości zastosowania materiałów o strukturze skaterudytu (głównie CoSb3) w akumulatorach litowych. Materiały wytwarzane są technikami tradycyjnymi (spiekanie) oraz chemicznymi. W tym drugim przypadku uzyskuje się nanometryczne rozdrobnienie ziaren. Materiały tego typu okazują się być zdolne do magazynowania dużych ilości ładunku elektrycznego i w związku z tym mogą być rozważane jako nowy typ materiału anodowego.

Kierownik zadania: dr inż. Mariusz Walkowiak


Zaawansowane materiały i technologie ich wytwarzania. (Obszar VI) Nanostrukturalne, kompozytowe membrany przewodzące jako elektrolity stałe dla elektrochemicznych ogniw litowych i fotowoltaicznych. (Zad. VI.70)

Projekt realizowany w ramach: POIG
Okres realizacji: 2010-2014

Projekt dotyczy wytworzenia kompozytowych membran polimerowo-ceramicznych i ich zastosowania w roli elektrolitów w ogniwach litowo-jonowych i fotowoltaicznych. Membrany tego typu zdolne są do absorpcji fazy ciekłej z utworzeniem stabilnego żelu. Powstały w ten sposób elektrolit żelowy cechuje się wysokim przewodnictwem i ograniczonym parowaniem rozpuszczalnika, co czyni go potencjalnie atrakcyjnym składnikiem bezpiecznych akumulatorów litowych.

Kierownik zadania: dr inż. Mariusz Walkowiak


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

 

dr hab. inż. Mariusz Walkowiak, prof. IMN, MBA                                                                        

tel: +48 61 27 97 820
kom: +48 505 182 322
e-mail: mariusz.walkowiak@claio.poznan.pl