Bachelor sub-programme: Hydrogen and membrane technologies

Významnou výhodou alkalické elektrolýzy vody jako technologie pro konverzi elektrické energie jsou její relativně nízké nároky na použité materiály, včetně katalyzátorů urychlujících elektrodové reakce. Nejrozšířenější alternativu dnes představuje směsný oxid niklu a kobaltu spinelového typu. Probíhající studie však ukazují, že lze nalézt celou řadu dalších směsných oxidů dosahujících výrazně vyšší aktivity při zachování odpovídající stability. Navrhovaná práce se zaměří na optimalizaci přípravy oxidických katalyzátorů pro proces alkalické elektrolýzy vody a na jejich zevrubnou charakterizaci.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek
Thesis consultant: Ing. Jaromír Hnát, Ph.D.

Anodickou oxidací kovů ve vhodném elektrolytu vznikají nanotrubice oxidu příslušného kovu, které mají unikátní vlastnosti díky kombinaci vysoce organizovaných struktur polovodičového materiálu a přímého elektrického kontaktu s podkladním kovem. Tématem práce je příprava vrstev tvořených nanotrubicemi oxidu titaničitého a oxidu železitého a stanovení jejich fotoelektrochemických vlastností a ověření jejich funkčnosti pro fotoelektrochemický rozklad vody.

Thesis supervisor: Ing. Martin Zlámal, Ph.D.

Palivové články představují perspektivní technologii pro konverzi energie chemické na energii elektrickou. Mezi zásadní výhody této technologie patří ve srovnání s tepelnými stroji výrazně vyšší účinnost a v závislosti na použitém palivu také omezení emisí. Jedním ze zajímavých zástupců palivových článků je středněteplotní palivový článek typu PEM (proton exchange membrane), který je provozován při teplotách v rozmezí 100 až 200 °C a nejčastěji obsahuje membránu na bázi polybenzimidazolu dopovaného kyselinu fosforečnou, která však není při provozních podmínkách palivového článku stabilní a částečně se redukuje na sloučeniny fosforu v nižším oxidačním stupni. Cílem této práce je prostudovat elektrochemické vlastnosti vybraných kyselin fosforu na Pt elektrodě při podmínkách relevantních pro provoz zmíněného palivového článku.

Thesis supervisor: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.
Thesis consultant: Ing. Martin Prokop

Elektromembránové procesy představují vysoce flexibilní způsob řešení problematiky zpracování pitné i odpadní vody. Jsou vhodné pro odstranění nežádoucích iontů především u menších zdrojů kontaminace. Pro reálnou znečištěnou vodu bude vybrána vhodná elektromembránová metoda, jejíž účinnost bude experimentálně ověřena na modelovém systému. Cílem práce je nalézt vhodné provozní podmínky pro zpracování reálné vody.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Matematické modelování, respektive počítačové simulace, představují výjimečně užitečný nástroj k hlubšímu pochopení funkce elektrochemických zařízení a probíhajících fyzikálně-chemických dějů. Toho lze následně využít k optimalizaci těchto zařízení. V rámci tohoto tématu se pozornost zaměří na matematický popis vodíkových palivových článků. Toto téma spadá do oblasti „Vodíkové ekonomiky“ a konverze a uskladnění přebytečné elektrické energie z obnovitelných zdrojů. Počítačové simulace budou probíhat v programech COMSOL, Matlab, případně FLUENT.

Thesis supervisor: Ing. Roman Kodým, Ph.D.

Palivové články představují perspektivní technologii pro konverzi energie chemické na energii elektrickou. Mezi zásadní výhody této technologie patří ve srovnání s tepelnými stroji výrazně vyšší účinnost a v závislosti na použitém palivu také omezení emisí. Jedním ze zajímavých zástupců palivových článků je středněteplotní palivový článek typu PEM (proton exchange membrane), který je provozován při teplotách v rozmezí 100 až 200 °C a nejčastěji obsahuje membránu na bázi polybenzimidazolu dopovaného kyselinu fosforečnou, která však není při provozních podmínkách palivového článku stabilní a částečně se redukuje na sloučeniny fosforu v nižším oxidačním stupni. Cílem této práce je prostudovat elektrochemické vlastnosti vybraných kyselin fosforu na Pt elektrodě při podmínkách relevantních pro provoz zmíněného palivového článku.

Thesis supervisor: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.
Thesis consultant: Ing. Martin Prokop

Výroba syntetických paliv představuje základní nástroj energetické soběstačnosti. Výroba syntetického metanu (SNG) je založená na vysokoteplotní koelektrolýze vody a CO2 za vzniku CO a vodíku. Cílem práce je stanovit optimální složení reakční směsi pro zajištění stability materiálů katody.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Vysokoteplotní palivové články mají díky rychlé kinetice elektrodových reakcí vysokou účinnost. Klíčovou součástí je keramický elektrolyt vodivý pro oxidový iont při teplotách nad 600 °C. Práce je zaměřena na nanášení elektrod na keramický elektrolyt a následná charakterizace vlastností připravených článků. Výsledky budou použity pro návrh kogenerační jednotky s vysokou účinností.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Práce je zaměřena na experimentální stanovení permeačních charakteristik a separačních vlastností připravených mikroporézních membrán v systémech CO2 - CH4 - N2 a binárních systémech CH4/ alkan.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Významnou výhodou alkalické elektrolýzy vody jako technologie pro konverzi elektrické energie jsou její relativně nízké nároky na použité materiály, včetně katalyzátorů urychlujících elektrodové reakce. Nejrozšířenější alternativu dnes představuje směsný oxid niklu a kobaltu spinelového typu. Probíhající studie však ukazují, že lze nalézt celou řadu dalších směsných oxidů dosahujících výrazně vyšší aktivity při zachování odpovídající stability. Navrhovaná práce se zaměří na optimalizaci přípravy oxidických katalyzátorů pro proces alkalické elektrolýzy vody a na jejich zevrubnou charakterizaci.

Thesis supervisor: Prof. Dr. Ing. Karel Bouzek
Thesis consultant: Ing. Jaromír Hnát, Ph.D.

Matematické modelování, respektive počítačové simulace, představují výjimečně užitečný nástroj k hlubšímu pochopení funkce elektrochemických zařízení a probíhajících fyzikálně-chemických dějů. Toho lze následně využít k optimalizaci těchto zařízení. V rámci tohoto tématu se pozornost zaměří na matematický popis vodíkových palivových článků. Toto téma spadá do oblasti „Vodíkové ekonomiky“ a konverze a uskladnění přebytečné elektrické energie z obnovitelných zdrojů. Počítačové simulace budou probíhat v programech COMSOL, Matlab, případně FLUENT.

Thesis supervisor: Ing. Roman Kodým, Ph.D.

Matematické modelování, respektive počítačové simulace, představují výjimečně užitečný nástroj k hlubšímu pochopení funkce elektrochemických zařízení a probíhajících fyzikálně-chemických dějů. Toho lze následně využít k optimalizaci těchto zařízení. V rámci tohoto tématu se pozornost zaměří na matematický popis elektro-membránových separačních procesů, jako například elektrodialýza, případně obecné studium transportních procesů v iontově-selektivních membránách. Počítačové simulace budou probíhat v programech COMSOL, Matlab, případně FLUENT.

Thesis supervisor: Ing. Roman Kodým, Ph.D.

Práce je zaměřena na experimentální stanovení permeačních charakteristik a separačních vlastností připravených mikroporézních membrán v systémech CO2 - CH4 - N2 a binárních systémech CH4/ alkan.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Matematické modelování, respektive počítačové simulace, představují výjimečně užitečný nástroj k hlubšímu pochopení funkce elektrochemických zařízení a probíhajících fyzikálně-chemických dějů. Toho lze následně využít k optimalizaci těchto zařízení. V rámci tohoto tématu se pozornost zaměří na matematický popis elektro-membránových separačních procesů, jako například elektrodialýza, případně obecné studium transportních procesů v iontově-selektivních membránách. Počítačové simulace budou probíhat v programech COMSOL, Matlab, případně FLUENT.

Thesis supervisor: Ing. Roman Kodým, Ph.D.

Elektrolýza vody v elektrolyzéru s protonově vodivou membránou (PEM) představuje jednu z klíčových technologií tzv. "vodíkové ekonomiky". Výhodou PEM elektrolýzy oproti dlouhodobě průmyslově zavedenému procesu elektrolýzy alkalické vody je zejména mnohem vyšší intenzita, energetická účinnost a flexibilita tohoto procesu. Na druhou stranu v PEM elektrolyzéru jsou kladeny značné nároky na použité materiály a zejména na materiály anody. To vyplývá zejména z kombinace nízkého pH a vysokého potenciálu na anodě elektrolyzéru. Cílem práce bude studium různých možností povrchové úpravy Ti, který se používá jako plynově difuzní vrstva anody, za účelem zvýšení jeho odolnosti vůči nadměrné pasivaci, která neúměrně zvyšuje energetické ztráty v průběhu elektrolýzy. Různě povrchově ošetřené Ti materiály budou otestovány v laboratorním PEM elektrolyzéru vody.

Thesis supervisor: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.

Vysokoteplotní palivové články mají díky rychlé kinetice elektrodových reakcí vysokou účinnost. Klíčovou součástí je keramický elektrolyt vodivý pro oxidový iont při teplotách nad 600 °C. Práce je zaměřena na nanášení elektrod na keramický elektrolyt a následná charakterizace vlastností připravených článků. Výsledky budou použity pro návrh kogenerační jednotky s vysokou účinností.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.

Alkalická cesta elektrolýzy vody představuje dosud jedinou průmyslově zavedenou technologii tohoto typu. V současné době je však v souvislosti s rozvojem využívání obnovitelných zdrojů energie vyvíjen narůstající tlak k dalšímu vývoji této technologie spojené s nárůstem její účinnosti a flexibility. Cílem této práce je optimalizovat a charakterizovat vhodnou jednotku pro alkalickou elektrolýzu vody laboratorních rozměrů, využívající anion selektivní polymerní elektrolyt a ověřit její funkci a účinnost.

Thesis supervisor: Ing. Jaromír Hnát, Ph.D.

Elektrolýza vody v elektrolyzéru s protonově vodivou membránou (PEM) představuje jednu z klíčových technologií tzv. "vodíkové ekonomiky". Výhodou PEM elektrolýzy oproti dlouhodobě průmyslově zavedenému procesu elektrolýzy alkalické vody je zejména mnohem vyšší intenzita, energetická účinnost a flexibilita tohoto procesu. Na druhou stranu v PEM elektrolyzéru jsou kladeny značné nároky na použité materiály a zejména na materiály anody. To vyplývá zejména z kombinace nízkého pH a vysokého potenciálu na anodě elektrolyzéru. Cílem práce bude studium různých možností povrchové úpravy Ti, který se používá jako plynově difuzní vrstva anody, za účelem zvýšení jeho odolnosti vůči nadměrné pasivaci, která neúměrně zvyšuje energetické ztráty v průběhu elektrolýzy. Různě povrchově ošetřené Ti materiály budou otestovány v laboratorním PEM elektrolyzéru vody.

Thesis supervisor: Ing. Tomáš Bystroň, Ph.D.