Pawilon C-5, lokal 405 i 406
Technologie ogniw litowych są obecnie najdynamiczniej rozwijającym się obszarem związanym z magazynowaniem i przetwarzaniem energii elektrycznej dla potrzeb urządzeń mobilnych, transportu, bezpieczeństwa energetycznego instalacji produkcyjnych, energetyki odnawialnej i w niedalekiej przyszłości inteligentnych sieci energetycznych (smart grids). W Polsce, w szczególności w Krakowie, istnieje poważny, potwierdzony na arenie międzynarodowej, potencjał naukowo-badawczy w obszarze projektowania i opracowywania funkcjonalnych materiałów i procesów dla technologii ogniw litowych. Kluczowym zagadnieniem w komercjalizacji innowacyjnych rozwiązań i pomysłów w zakresie ogniw Li-ion jest proces powiększenia skali (scale up) opracowywanej technologii. Powyższe wymaga wykorzystania odpowiedniej infrastruktury technicznej wspartej odpowiednią kadrą naukowo-techniczną. Na chwilę obecną w Polsce brak jest podmiotu dysponującego wymaganą infrastrukturą, która by pozwalała na realizację powyższej strategii.
Przedmiotem działalności Laboratorium badawczo-wdrożeniowego technologii ogniw litowych będą kompleksowe prace badawczo-wdrożeniowe w obszarze opracowywania nowych materiałów oraz ich zastosowania w technologii ogniw litowych. Oferta usług laboratorium umożliwi transfer opracowywanych na uczelniach technologii i „know how” do odbiorców przemysłowych. Tym samym będzie uzupełniać istniejącą lukę pomiędzy działaniami naukowo-badawczymi prowadzonymi w ośrodkach akademickich a działalnością przemysłową. Kompleksowa oferta badawczo-wdrożeniowa w szczególności obejmować będzie działania związane z:
-
wytwarzaniem, modyfikacją i optymalizacją materiałów elektrodowych,
-
powiększaniem skali procesów wytwarzania materiałów,
Przewiduje się, w toku działalności, możliwość uzyskania odpowiednich certyfikatów jakości i bezpieczeństwa, co dodatkowo uzupełniłoby ofertę centrum badawczo-wdrożeniowego o działalność certyfikacyjną. W ramach uzupełnienia oferty, przewiduje się także możliwość komplementarnego wykorzystania istniejącej w ośrodkach akademickich infrastruktury naukowo-badawczej na zasadach komercyjnych.
Obszarami działalności Laboratorium badawczo-wdrożeniowego technologii ogniw litowych będą aktywność komercyjna (przychody z tytułu realizacji zleceń) oraz działalność badawczo-wdrożeniowa podnosząca prestiż ośrodka. Ścisłe ukierunkowanie działalności pozwoli na wypełnienie luki w ścieżce badania naukowe – komercjalizacja wyników badań w obszarze technologii ogniw litowych. Przewiduje się również, iż Laboratorium jako strona współrealizująca projekty badawczo-wdrożeniowe będzie uczestniczyć w procesie ochrony własności intelektualnej (patenty, wzory użytkowe, znaki towarowe) opracowywanych rozwiązań, w efekcie możliwe będzie także uzyskanie przychodów z tytułu udzielania licencji.
Projekty badawcze planowane do realizacji
-
Nowe funkcjonalne materiały elektrodowe dla ogniw Li-ion
Ze względu na wysoką gęstość energii ogniwa litowe są dziś szeroko wykorzystywane do zasilania przenośnych urządzeń elektronicznych, a w przyszłości, wraz ze wzrostem dostępnych prądów i mocy, planuje się zastosowanie tego typu ogniw w motoryzacji oraz do magazynowania energii ze źródeł odnawialnych. Planowany projekt badawczy dotyczy materiałów elektrodowych dla ogniw litowych Li-ion batteries, a w szczególności mechanizmów procesu elektrochemicznej interkalacji jonów alkalicznych (Li, Na) do związków metali przejściowych MaXb (M = metal przejściowy, X = O, S, Se) o strukturze warstwowej, bądź szkieletowej, stanowiących materiały elektrodowe dla nowej generacji akumulatorów litowych. Opracowanie nowych materiałów elektrodowych dla ogniw litowych wymaga wykorzystania wysokospecjalistycznej aparatury naukowo-badawczej zgromadzonej w planowanym Centrum Energetyki. W ramach projektu badawczego przewiduje się syntezę materiałów katodowych, charakterystykę morfologii materiałów (rozkład wielkości i kształt cząstek, powierzchnia właściwa), badania związku pomiędzy strukturą atomową tych materiałów (technika dyfrakcji rentgenowskiej i elektronowej, spektroskopia w podczerwieni i Ramana) a właściwościami transportowymi (przewodnictwo elektronowe i jonowe, współczynnik dyfuzji chemicznej jonów litu) oraz charakterystyką ogniw elektrochemicznych budowanych w oparciu o otrzymane materiały.
-
Nowe elektrolity litowe dla „all solid state” Li-ion batteries oraz ogniw typu lit-powietrze
Jednym z nierozwiązanych problemów w technologii ogniw litowych (Li-ion batteries) jest niezwykle istotna kwestia bezpieczeństwa użytkowania. Staje się ono szczególnie ważne w przypadku akumulatorów o dużej pojemności i mocy dla motoryzacji i energetyki odnawialnej. Obecnie stosowane materiały katodowe na bazie LiCoO2 oraz ciekłe elektrolity zawierajcie sole litu (np. LiPF6 lub LiClO4) rozpuszczone w bezwodnych rozpuszczalnikach organicznych (np. węglan dimetylu, węglan etylu i inne) są niezwykle reaktywne i w określonych warunkach może dojść pomiędzy nimi do gwałtownej reakcji. Kolejnym wyzwaniem stojącym przed konstruktorami i projektantami ogniw litowych jest wrażliwość materiałów elektrodowych i ciekłego elektrolitu na działanie tlenu i pary wodnej, a także wysychanie ciekłego elektrolitu. Proponowanym rozwiązaniem tych trudności jest konstrukcja ogniwa litowego z tlenkowym elektrolitem stałym. W ostatnich latach odkryto kilka grup materiałów o wysokim przewodnictwie jonów litu już w temperaturze pokojowej. Należą do nich materiały o strukturze perowskitu z grupy La2/3-xLi3xTiO3, granatu (Li5La3(Ta,Nb)2O12), amorficzne tlenoazotki litu i fosforu (LiPON) oraz materiały z grupy Li10GeP2S12 (wykazujące najwyższe znane przewodnictwo jonów litu w temperaturze pokojowej). Prace w planowanym projekcie badawczym będą skupione wokół określenia mechanizmu procesu transportu jonów litu w elektrolicie stałym, określenia wzajemnego wpływu struktury elektronowej składników ogniwa na stabilność ogniwa, a także zbadanie mechanizmu przeniesienia ładunku pomiędzy elektrodami a elektrolitem w reakcjach elektrodowych. Odkrycie podstaw fizykochemicznych stojących za tymi procesami będzie stanowiło fundament dla projektowania udoskonalonych materiałów dla ogniw stałych ogniw Li-ion bez elektrolitu ciekłego. Ogniwa Li-ion ze stałym elektrolitem tlenkowym znajdują się obecne na wczesnym etapie badań i do tej pory nie poznano mechanizmów odpowiedzialnych za kluczowe procesy zachodzące w tego typu ogniwach. Ponadto prace badawcze będą obejmowały syntezę wybranych materiałów z opisanych grup, charakterystykę ich podstawowych właściwości fizykochemicznych oraz badania elektrochemiczne ogniw tak, aby zrozumieć wzajemne powiązanie pomiędzy składem chemicznym, właściwościami fizykochemicznymi a parametrami użytkowymi ogniw.
Użytkownik: prof. dr hab. inż. Janina Molenda
tel. 12 617 25-22
tel. 12 617 20-26
tel. 785-064-707
e-mail: molenda@agh.edu.pl
Miejsce pracy:
WEiP, Katedra Energetyki Wodorowej, H-B3-B4, II, 243