Zadanie 6. Materiały i technologie dla zaawansowanych systemów magazynowania i konwersji energii
|
W ramach zadania prowadzone będą badania nad nowymi, bardziej efektywnymi materiałami dla wybranych procesów i systemów gromadzenia wodoru, magazynowania energii elektrycznej oraz konwersji energii w ogniwach paliwowych. Opracowanie efektywnych i bezpiecznych systemów magazynowania paliw gazowych oraz energii elektrycznej ma kluczowe znaczenie dla upowszechnienia alternatywnych źródeł zasilania pojazdów mechanicznych, agregatów prądotwórczych i urządzeń tzw. przenośnej elektroniki.
Prace dotyczące gromadzenia wodoru prowadzone będą w kilku kierunkach: wysokociśnieniowych zbiorników, układów wodorkowych i nanoporowatych adsorbentów. Planowane są badania nad rozwojem materiałów i technologii konstrukcji wysokociśnieniowych, lekkich, kompozytowych zbiorników wykorzystujących wysokiej gęstości tworzywo sztuczne i włókna węglowe. Celem technicznym jest uzyskanie butli pracującej przy ciśnieniu roboczym 70-80 MPa, a testowanej przy ciśnieniu do 200 MPa. Przewiduje się w tym celu opracowanie ultrananoporowatego adsorbentu węglowego o zdolności adsorpcji wodoru na poziomie 6% masowych, przy umiarkowanym ciśnieniu i w warunkach kriostatycznych. Alternatywnym rozwiązaniem będzie synteza kompozytu węgiel/metal łączącego zalety porowatej struktury materiału węglowego i zdolności metalu do tworzenia wodorków.
Badania w zakresie ogniw paliwowych będą się koncentrować na ogniwach z membraną polimerową (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell – PEMFC), pracujących w temperaturze < 200oC i wysokotemperaturowych ogniwach tlenkowych (Solid Oxide Fuel Cell – SOFC) o obniżonej do 650-700oC temperaturze pracy. Przewiduje się opracowanie technologii syntezy wybranych materiałów stosowanych do budowy tego typu ogniw, m.in. cienkich i ultracienkich warstw ceramicznych, polimerowych i kompozytowych materiałów jonoprzewodzących. Badania ukierunkowane są na rozwój technologii ogniw paliwowych o małej mocy z wykorzystaniem technologii LTCC.
Prowadzone też będą prace nad syntezą zaawansowanych nanostrukturalnych węglowych i kompozytowych materiałów anodowych dla ogniwa litowo-jonowego, przewyższających anodę grafitową pod względem zdolności inercji litu i wykazujących porównywalną cykliczność. Celem badań nad kondensatorem elektrochemicznym jest opracowanie asymetrycznego superkondensatora o zwiększonym oknie potencjału w elektrolicie wodnym, z wykorzystaniem węglowej elektrody ujemnej i tlenkowej lub kompozytowej pseudopojemnościowej elektrody dodatniej.
Główne cele technologiczne:
- Opracowanie technologii wytwarzania wysokociśnieniowych (20÷70 mpa) zbiorników na sprężony gaz ziemny (typ CNG-3 i CNG-4) i wodór (CH2).
- Wytworzenie tzw. Butli inteligentnej, czyli „uzbrojonej” w system diagnostyki zapewniający bezpieczną eksploatację zbiorników przez cały okres użytkowania np. w pojeździe (long-life diagnostic).
- Opracowanie oryginalnych algorytmów modelowania stanu wytężenia i kumulacji uszkodzenia butli w różnych skalach długości (mezoskala, makroskala) z wykorzystaniem niestandardowych metod niestandardowych modeli kontinuum oraz automatów komórkowych i teorii układów dynamicznych.
- Opracowanie technologii wytwarzania węglowego lub kompozytowego materiału anody ogniwa litowo-jonowego charakteryzującego się w stosunku do anody grafitowej wyższą pojemnością i porównywalną cyklicznością.
- Opracowanie asymetrycznego kondensatora elektrochemicznego o zwiększonym oknie potencjału w elektrolicie wodnym opartego na węglowej elektrodzie ujemnej i pseudopojemnościowej elektrodzie dodatniej.
- Opracowanie ultrananoporowatego materiału węglowego o zdolności magazynowania wodoru na poziomie wymaganym dla praktycznego zastosowania.
- Opracowanie technologii produkcji niskotemperaturowego materiału wodorkowego do zastosowania w ogniwach paliwowych i ogniwach MHNi.
Czy wiesz, że ...
Silnik samochodu osobowego wykorzystuje ok. 30% energii zawartej w benzynie. Jedno z zadań badawczych projektu NanoMat jest opracowanie technologii ogniw paliwowych o wydajności ok. 80% (zamiast 100 kilometrów przejedziemy 267 km !!!).
więcej informacji
