Bachelor sub-programme: Hydrogen and membrane technologies

Sub-programme description

Graduates will receive solid theoretical background of chemical processes and materials that are used in membrane separation processes and in hydrogen technologies. As a part of a programme students participate on research projects, which allows application of theoretical knowledge in laboratory practice. Graduates are well prepared for further studies of the master programs, or employment in the chemical industry.

career oportunities

Graduates are wanted in a dynamically evolving field of membrane processes and hydrogen technologies. Obtained degree enables direct professional career in production of membrane materials and industrial membrane processes. The later include water processing and treatment, gas separation, processes in the food industry and etc. An important separate branch is application of membrane processes in the energetics, with a particular focus on hydrogen technologies, such as fuel cells and water electrolysers.

Study plan

Winter term

CodeCourse nameInstituteLELabCompletionCredits
Required courses
N101005General and Inorganic Chemistry I101320c, Ex8
N101031Introduction to Chemical Calculations101020cc3
N107033History of Chemistry and Materials107300Ex4
N111009Toxicology and Ecology111200Ex3
N413022Mathematics I413340c, Ex9
N445001Applications of Computer Science445030cc3

Summer term

CodeCourse nameInstituteLELabCompletionCredits
Required courses
N101003Inorganic Chemistry: Laboratory I101004cc3
N101006General and Inorganic Chemistry II101220c, Ex5
N110004Organic Chemistry I110220c, Ex6
N413003Mathematics II413330c, Ex8
N444001Physics I444320c, Ex7
N834001Professional Language I834020c1

Winter term

CodeCourse nameInstituteLELabCompletionCredits
Required courses
N105004Introduction to Chemical Technologies105200Ex3
N108004Introduction to Study of Materials108200Ex3
N110002Organic Chemistry: Laboratory I110004cc3
N110005Organic Chemistry II110320c, Ex7
N403011Physical Chemistry I403320c, Ex6
N444003Physics: Laboratory444003cc3
N834002Professional Language II834020c, Ex2
Compulsorily optional courses
N101001Safety and Legislation in Chemistry101200Ex3
N101004Inorganic Chemistry: Laboratory II101004cc4
N218026Alternative Energy Sources I218200Ex3
N320001Biochemistry I320300Ex5
N437022Basic Marketing of Chemical Products437200Ex3
N444006Physics II444220c, Ex5
Optional courses
N105006Fundamentals of Inorganic Technologies105200Ex3

Summer term

CodeCourse nameInstituteLELabCompletionCredits
Required courses
N111006Environmental Protection Processes111210c, Ex4
N402002Analytical Chemistry I402220c, Ex5
N403013Physical Chemistry: Laboratory I403004cc3
N403014Physical Chemistry II403320c, Ex7
N409002Unit Operations of Chemical Engineering I409230c, Ex6
Compulsorily optional courses
N105027Hydrogen Production and Storage105200Ex3
N107001Inorganic Non-Metallic Materials107200Ex3
N112003Macromolecular Chemistry112210c, Ex4
N218027Alternative Energy Sources II218200Ex3

Winter term

CodeCourse nameInstituteLELabCompletionCredits
Required courses
N105028Fundamentals of Membrane and Hydrogen Processes105200Ex3
N105029Laboratory of Hydrogen and Membrane Technologies105006cc4
N143013Chemical Informatics143110cc2
N402003Analytical Chemistry: Laboratory I402005cc4
N409003Unit Operations of Chemical Engineering II409230c, Ex6
N409004Chemical Engineering: Project409010cc2
N409013Chemical Engineering: Laboratory409003cc3
Compulsorily optional courses
N105002Electrochemical Processes105200Ex3
N112001Physics of Polymers112210c, Ex4
N217031Technologies for Production of Biogas and Biohydrogen217200Ex3
N402004Analytical Chemistry II402210c, Ex4

Summer term

CodeCourse nameInstituteLELabCompletionCredits
Required courses
N963014Bachelor Thesis9630012c15
Compulsorily optional courses
N105001Applied Chemical Processes105210c, Ex4
N112006Technology of Polymeric Materials Processing112200Ex3
N112042Polymer Membranes and Their Transport Characteristics112210c, Ex4
N218004Fundamentals of Power Engineering218210c, Ex4

Theses topics

research field: Catalysis

Vývoj a charakterizace neplatinových katalyzátorů pro alkalickou elektrolýzu vody

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.

research field: Electrochemistry

Výroba SNG koelektrolýzou CO2 a vody

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.

Příprava nanotrubic TiO2 a Fe2O3 pro fotoelektrochemický rozklad vody

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.

Vývoj a charakterizace neplatinových katalyzátorů pro alkalickou elektrolýzu vody

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.

Elektrochemie kyselin fosforu na Pt elektrodě

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

research field: Environmental protection

Charakterizace iontově selektivních polymerních membrán

Iontově selektivní membrány nacházejí své uplatnění v mnoha oblastech průmyslu, stejně jako ochrany životního prostředí, či energetických aplikací. Z důvodu jejich rozmanitého využití vykazují tyto materiály také rozmanité vlastnosti. Mezi hlavní požadavky kladené na iontově selektivní polymerní membrány patří jejich vysoká iontově výměnná kapacita a iontová vodivost a dlouhá životnost za podmínek konkrétního procesu. V rámci tohoto tématu jsou tak charakterizovány komerčně dostupné, či vývojové iontově selektivní membrány určené zejména pro použití v energetických aplikacích.

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

Elektromembránové metody pro úpravu vod

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.

research field: Fuel cells

Charakterizace komponent vysokoteplotních palivových článků (SOFC)

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.

Matematické modelování (počítačové simulace) palivových článků typu PEM s využitím programu COMSOL a Matlab

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.

Vliv provozních podmínek na výkon svazku palivových článků typu PEM

Palivové články představují perspektivní technologii budoucího zásobování společnosti energií. Mezi zásadní výhody této technologie patří ve srovnání s tepelnými stroji výrazně vyšší účinnost a zejména pak omezené emise. Tato práce je zaměřena na vývoj APU jednotky se svazkem palivových článků typu PEM (proton exchange membrane). Tento typ článku poskytuje různý výkon v závislosti na provozních podmínkách (teplotě, vlhoksti, složení paliva, přítomnosti kontaminantů). Cílem této práce je posoudit vliv vybraných provozních parametrů na výkon a životnost palivového článku.

Thesis supervisor: Doc. Ing. Martin Paidar, Ph.D.
Thesis consultant: Ing. Jakub Mališ

Elektrochemie kyselin fosforu na Pt elektrodě

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

research field: Inorganic technology

Charakterizace iontově selektivních polymerních membrán

Iontově selektivní membrány nacházejí své uplatnění v mnoha oblastech průmyslu, stejně jako ochrany životního prostředí, či energetických aplikací. Z důvodu jejich rozmanitého využití vykazují tyto materiály také rozmanité vlastnosti. Mezi hlavní požadavky kladené na iontově selektivní polymerní membrány patří jejich vysoká iontově výměnná kapacita a iontová vodivost a dlouhá životnost za podmínek konkrétního procesu. V rámci tohoto tématu jsou tak charakterizovány komerčně dostupné, či vývojové iontově selektivní membrány určené zejména pro použití v energetických aplikacích.

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

Výroba SNG koelektrolýzou CO2 a vody

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.

Separace binárních směsí pomocí mikroporézních membrán

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

research field: Material characterization and testing

Charakterizace komponent vysokoteplotních palivových článků (SOFC)

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.

Příprava nanotrubic TiO2 a Fe2O3 pro fotoelektrochemický rozklad vody

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.

Separace binárních směsí pomocí mikroporézních membrán

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

Charakterizace iontově selektivních polymerních membrán

Iontově selektivní membrány nacházejí své uplatnění v mnoha oblastech průmyslu, stejně jako ochrany životního prostředí, či energetických aplikací. Z důvodu jejich rozmanitého využití vykazují tyto materiály také rozmanité vlastnosti. Mezi hlavní požadavky kladené na iontově selektivní polymerní membrány patří jejich vysoká iontově výměnná kapacita a iontová vodivost a dlouhá životnost za podmínek konkrétního procesu. V rámci tohoto tématu jsou tak charakterizovány komerčně dostupné, či vývojové iontově selektivní membrány určené zejména pro použití v energetických aplikacích.

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

Vývoj a charakterizace neplatinových katalyzátorů pro alkalickou elektrolýzu vody

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.

Pasivace Ti a její omezení vhodnou povrchovou úpravou

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.

research field: Mathematical modeling and simulation

Matematické modelování (počítačové simulace) palivových článků typu PEM s využitím programu COMSOL a Matlab

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 (počítačové simulace) membránové elektrolýzy vody s využitím programu COMSOL a Matlab

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 procesu membránové elektrolýzy vody. 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 (počítačové simulace) elektro-membránových separačních procesů s využitím programu COMSOL a Matlab

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.

research field: Membrane applications

Charakterizace iontově selektivních polymerních membrán

Iontově selektivní membrány nacházejí své uplatnění v mnoha oblastech průmyslu, stejně jako ochrany životního prostředí, či energetických aplikací. Z důvodu jejich rozmanitého využití vykazují tyto materiály také rozmanité vlastnosti. Mezi hlavní požadavky kladené na iontově selektivní polymerní membrány patří jejich vysoká iontově výměnná kapacita a iontová vodivost a dlouhá životnost za podmínek konkrétního procesu. V rámci tohoto tématu jsou tak charakterizovány komerčně dostupné, či vývojové iontově selektivní membrány určené zejména pro použití v energetických aplikacích.

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

Separace binárních směsí pomocí mikroporézních membrán

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 (počítačové simulace) membránové elektrolýzy vody s využitím programu COMSOL a Matlab

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 procesu membránové elektrolýzy vody. 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 (počítačové simulace) elektro-membránových separačních procesů s využitím programu COMSOL a Matlab

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.

Elektromembránové metody pro úpravu vod

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.

Pasivace Ti a její omezení vhodnou povrchovou úpravou

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.

research field: Photocatalysis

Příprava nanotrubic TiO2 a Fe2O3 pro fotoelektrochemický rozklad vody

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.

research field: Water electrolysis

Charakterizace komponent vysokoteplotních palivových článků (SOFC)

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.

Matematické modelování (počítačové simulace) membránové elektrolýzy vody s využitím programu COMSOL a Matlab

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 procesu membránové elektrolýzy vody. 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.

Optimalizace a charakterizace jednotky pro alkalickou elektrolýzu vody

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.

Vývoj a charakterizace neplatinových katalyzátorů pro alkalickou elektrolýzu vody

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.

Pasivace Ti a její omezení vhodnou povrchovou úpravou

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.

Elektrokatalytický vývoj vodíku na Ni katodě aktivované redukovaným grafenoxidem

Alkalická elektrolýza vody představuje již dlouhodobě zavedený průmyslový proces bez výraznějších nároků na obsluhu. Jeho nevýhodou je nízká energetická účinnost a nízká intenzita. Obě tato negativa jsou do jisté míry spojena s nízkou rychlostí reakce vývoje vodíku na katodě, která je v průmyslovém elektrolyzéru vyrobena z Ni. Ni je z krátkodobého hlediska relativně dobrým katalyzátorem pro reakci vývoje vodíku v alkalickém prostředí. Při dlouhodobějším provozu se však jeho povrch pokrývá vrstvou hydridu, která tuto reakci zpomaluje. Ukázalo se, že přítomnost redukovanéno grafen oxidu na povrchu Ni elektrody zamezuje vzniku této hydridové vrstvy. Cílem práce bude studium mechanismu katodického vývoje vodíku v přítomnosti redukovaného grafen oxidu na povrchu Ni elektrody.

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

Topics of Final Examination

czTematické okruhy k bakalářským státnicím - "Vodíkové a membránové technologie"