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: Ing. Jaromír Hnát, Ph.D.

Palivové články představují perspektivní technologii pro konverzi energie chemické na enerii 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 kyselinou 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 vybraných uhlíkových elektrodách při podmínkách relevantních pro provoz zmíněného palivového článku.

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

Membránové separace představují vhodnou alternativu ke standardním separačním procesům. Tato práce je zaměřena na experimentální stanovení permeačních charakteristik a separačních vlastností připravených membrán pro odstraňování CO2, VOC popř. jiných složek z plynných směsí. Budou syntetizovány membrány na bázi polymerů a kompozitní membrány polymer-plnivo.

Thesis supervisor: Dr. Ing. Vlastimil Fíla

Na vhodné nosiče budou naneseny částice katalyzátoru na bázi Pt kovů. Následně bude provedena charakterizace připravených katalyzátorů s ohledem na požadované reakce. Nejlepší katalyzátory budou použity pro přípravu elektrod do PEM reaktoru.

Thesis supervisor: Ing. Jakub Mališ, Ph.D.

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 způsob přípravy základního kompozitu elektroda/membrána/elektroda (tzv. membrane electrode assembly MEA)do palivových článků typu PEM (proton exchange membrane). Cílem této práce je optimalizovat způsob přípravy MEA z komerčních prekurzorů s ohledem na dosažení požadovaného výkonu.

Thesis supervisor: Ing. Jakub Mališ, Ph.D.

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, Ph.D.

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.

Na vhodné nosiče budou naneseny částice katalyzátoru na bázi Pt kovů. Následně bude provedena charakterizace připravených katalyzátorů s ohledem na požadované reakce. Nejlepší katalyzátory budou použity pro přípravu elektrod do PEM reaktoru.

Thesis supervisor: Ing. Jakub Mališ, Ph.D.

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.

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: 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.

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.

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 způsob přípravy základního kompozitu elektroda/membrána/elektroda (tzv. membrane electrode assembly MEA)do palivových článků typu PEM (proton exchange membrane). Cílem této práce je optimalizovat způsob přípravy MEA z komerčních prekurzorů s ohledem na dosažení požadovaného výkonu.

Thesis supervisor: Ing. Jakub Mališ, Ph.D.

Vysokoteplotní palivové články mají díky rychlé kinetice elektrodových reakcí vysokou účinnost. Jejich významnou výhodou je možnost přechodu do režimu elektrolýzy a jsou tak vhodné pro systémy skladování energie. 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.