MENU

DZIAŁALNOŚĆ NAUKOWA

Działalność naukowa
Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu Centralne Laboratorium Akumulatorów i Ogniw oranges-line
tel.: 61 27 97 800 fax: 61 27 97 897 e-mail: claio@claio.poznan.pl

Projekty bieżące

oranges-line

Wykwalifikowana i ściśle wyspecjalizowana kadra badawcza IMN CLAiO nieustannie dąży do rozwoju nauki w dziedzinie chemicznych źródeł prądu i przełożenia wyników prac badawczych na praktyczne zastosowanie w przemyśle. Pracownicy naukowi biorą aktywny udział w projektach i konkursach badawczych na szczeblu krajowym, jak i międzynarodowym, a ich wkład i zaangażowanie w przebieg prac gwarantuje rzetelność wykonywanych działań. Projekty naukowe, w których obecnie IMN CLAiO bierze udział są następujące:

Bateria nowej generacji do zasilania platform bezzałogowych

Badania naukowe na rzecz obronności i bezpieczeństwa państwa pn. „Przyszłościowe technologie dla obronności – konkurs młodych naukowców” (link)

  • Beneficjent: Instytut Metali Nieżelaznych
  • Miejsce realizacji projektu: oddział w Poznaniu - Centralne Laboratorium Akumulatorów i Ogniw
  • Okres realizacji: 2018 – 2021
  • Wartość projektu: 2 314 706 zł
  • Wartość dofinansowania: 2 314 706 zł

Celem projektu jest opracowanie baterii litowo-siarkowej jako nowej generacji źródła zasilania autonomicznych platform bezzałogowych. Umożliwi ona przełom w zakresie uzyskania wyższych pojemności baterii w porównaniu do najlepszych obecnie dostępnych baterii litowo-jonowych. Nowa technologia zostanie przetestowana jako zasilanie modelu bezzałogowego statku powietrznego.

Wynikiem końcowym przeprowadzonych prac będzie otrzymanie baterii litowo - siarkowej o pojemności większej niż w ogniwach litowo - jonowych. Ponadto wykonana zostanie dokumentacja techniczna prototypu na podstawie przeprowadzonych badań oraz wytyczne ogólnych zasad konstruowania baterii litowo - siarkowych.

Kierownik projektu: mgr inż. Magdalena Przybylczak

Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu Obronności i Bezpieczeństwa.

Projekt realizowany w ramach konkursu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju: nr 2/P/2017 Młodzi Naukowcy 2017

Ciecze jonowe jako dodatek poprawiający właściwości eksploatacyjne mas aktywnych rozruchowych akumulatorów kwasowo-ołowiowych

Projekt realizowany w ramach: NCBiR PBS3
Okres realizacji: 2015-2017

Projekt realizowany jest w Konsorcjum w składzie:

Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu CLAiO - Lider
Politechnika Poznańska Wydział technologii Chemicznej
PPUH AUTOPART Jacek Bąk Sp. z o.o.

Tematem projektu jest opracowanie rozruchowego akumulatora kwasowo-ołowiowego o zmodyfikowanym składzie mas aktywnych, który będzie charakteryzował się poprawionymi właściwościami eksploatacyjnymi. Planuje się zastosować wodorosiarczanowe(VI) aprotonowe i protonowe ciecze jonowe. Ich dodatek, na etapie tworzenia tzw. pasty pozwoli częściowo wyeliminować stosowany standardowo roztwór H2SO4, natomiast kation organiczny wykazujący wysoką aktywność powierzchniową oraz niski kąt zwilżania będzie miał istotny wpływ na właściwości spajające masę aktywną. Proponowane badania układów 2V pozwolą wskazać najbardziej perspektywiczne związki. Następnie, zostaną wytworzone 12V demonstratory technologii na liniach przemysłowych, których charakterystyka fizykochemiczna, elektrochemiczna i elektryczna posłuży do ostatecznej oceny wpływu proponowanych dodatków na właściwości użytkowe akumulatorów. Tematyka ta jest ważna, ponieważ Polska jest jednym z głównych producentów akumulatorów kwasowych w UE.

Development of a modular battery system capable of using new types of cells of different chemistry for applications in the public transport sector and for re-use in stationary applications

Projekt realizowany w ramach KIC InnoEnergy SE

Okres realizacji: 2016 - 2017

Celem projektu jest opracowanie modularnego systemu baterii umożliwiającego wykorzystanie nowych typów ogniw opartych na różnych chemiach materiałów elektrodowych i posiadających różne charakterystyki użytkowe, dostosowane do wielu scenariuszy transportu miejskiego. Różne technologie zostaną w ramach projektu ustandaryzowane, umożliwiając integrację w ramach autobusu miejskiego. Implementacja różnych algorytmów użytkowania umożliwi precyzyjne określenie optymalnych warunków ekonomicznych użytkowania baterii. W ramach projektu opracowane zostaną od strony mechanicznej i elektrycznej standaryzowane moduły baterii umożliwiające zainstalowanie odmiennych typów chemii ogniw, zawierające ponadto specjalnie zaprojektowane systemy zarządzania temperaturą, oraz systemy zarządzania ogniwami (BMS) umożliwiające optymalizację czasu życia modułów. Projekt umożliwi opracowanie gotowego do sprzedaży zestawu technologii, odpowiadających zapotrzebowaniu operatorów autobusów miejskich. Rola IMN CLAiO w ramach projektu polega głównie na kompleksowych testach elektrycznych i środowiskowych modułów zgodnie z międzynarodowymi standardami, takich jak odporność na wibracje, szoki, udary, zwarcia, itp.

Kierownik projektu: dr hab. inż. Mariusz Walkowiak, prof. IMN

Hybrydowy system magazynowania i buforowania energii podwójnego zastosowania

Projekt pt.: „Hybrydowy system magazynowania i buforowania energii podwójnego zastosowania” realizowany w ramach w ramach Działania 4.1 Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014-2020 współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego

Okres realizacji: 2018-2020

Projekt realizowany jest w Konsorcjum w składzie:

  • Wojskowy Instytut Techniki Inżynieryjnej - Lider
  • Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu CLAiO - konsorcjant

Dofinansowanie projektu z UE dla całego projektu: 1 564 114.17 zł

Celem projektu jest zbudowanie magazynu energii opartego o systemy hydrydowe. Magazyn ten będzie zdolny do współpracy z odnawialnymi źródłami energii typu moduły fotowoltaiczne i turbiny wiatrowe, będzie mógł on również być zasilany z zespołów  prądotwórczych jak i z sieci energetycznej. Koncepcja instalacji przewiduje wykonanie magazynów energii bazujących na tzw. „rozwiązaniach hybrydowych”,  czyli łączących akumulatory wykonane w różnych technologiach, tj: kwasowo-ołowiowej, litowo-jonowej, AHI oraz wykorzystanie modułu superkondensatorów. Opcjonalnie zostanie zastosowana rezerwowa bateria termiczna. Zakłada się uzyskanie modułów typu PLUG-IN, które podłączone samodzielnie podejmą pracę i umożliwią w założonych granicach konfigurować parametry całego systemu. Projekt umożliwi zdobycie wiedzy w zakresie współpracy  różnych źródeł energii oraz dobranie najlepszych parametrów do przyszłych instalacji. Wynikiem projektu będzie demonstrator hybrydowego systemu magazynowania i buforowania energii.

Interkalacja jonami litu jako metoda otrzymywania materiałów elektrodowych wysokoenergetycznych kondensatorów elektrochemicznych

Projekt realizowany w ramach: NCN

Okres realizacji: 2014-2017

Efektem projektu będzie otrzymanie materiałów elektrodowych, które pozwolą na uzyskanie wysokich wartości gęstości mocy kondensatora elektrochemicznego. Jako główną metodę otrzymywania wybrano proces interkalacji jonów litu w grafit. Dodatkowo w projekcie zaplanowano eksfoliację grafitu metodą chemiczną. Ze względu na zastosowanie elektrolitów organicznych (o rozszerzonym napięciu pracy) możliwe będzie uzyskanie również wysokiej wartości energii. Przeprowadzenie szeregu badań fizykochemicznych oraz elektrochemicznych ma na celu określenie najkorzystniejszych warunków wytwarzania nowych materiałów elektrodowych (tj. sposób eksfoliacji, parametry procesu) jak również określenie optymalnych parametrów pracy tychże materiałów w zakresie magazynowania i konwersji energii.

Kierownik projektu: dr inż. I. Acznik

Kondensator hybrydowy typu Ni(OH)2/C pracujący w elektrolicie wodnym o zwiększonej gęstości energii

Projekt realizowany w ramach: MNiSW

Okres realizacji: 2016 - 2017

Celem projektu jest wykonanie modelowego kondensatora elektrochemicznego o budowie hybrydowej. Główną ideą urządzenia jest zastosowanie węgla o dobrze rozwiniętej powierzchni właściwej (klasyczna elektroda kondensatora podwójnej warstwy elektrycznej) jako elektrody ujemnej oraz wodorotlenku niklu (elektroda stosowana w ogniwach Ni-Cd oraz Ni-MH) jako elektrody dodatniej. Tego typu budowa pozwoli na zwiększenie gęstości dostarczanej energii dzięki rozszerzonemu napięciu pracy (1,5 V), w porównaniu z kondensatorami symetrycznymi (obie elektrody węglowe) pracującymi w takim samym elektrolicie (0,8 V). Dzięki zastosowaniu elektrolitu wodnego, opracowany kondensator będzie bezpieczny w użytkowaniu oraz tańszy do wyprodukowania. Obecnie stosowane łatwopalne elektrolity organiczne wymagają stosowania atmosfery ochronnej, co zwiększa koszty produkcji. Zaplanowane w ramach projektu zadania obejmują m. in. wytypowanie materiałów elektrodowych o najkorzystniejszych właściwościach elektrochemicznych, charakterystykę fizykochemiczną oraz analizę elektrochemiczną wybranych układów elektroda/elektrolit, jak również opracowanie metodyki wykonywania poszczególnych elementów kondensatora. Przeprowadzenie szeregu zaplanowanych czynności ma na celu skorelowanie właściwości fizykochemicznych z parametrami elektrochemicznymi materiałów elektrodowych, jak również określenie optymalnych warunków pracy kondensatora hybrydowego pod kątem wydajności moc-energia. Efektem projektu będzie opracowanie urządzenia do konwersji i magazynowania energii – kondensatora hybrydowego typu Ni(OH)2/C - na IV poziomie gotowości technologii. Zaprojektowany kondensator hybrydowy będzie stanowić krótkoterminowy (ang. short-term) magazyn energii możliwy do zastosowania wszędzie tam gdzie wymagana jest natychmiastowa odpowiedź układu podczas impulsowych zaników bądź zwyżek mocy.

Kierownik projektu: dr inż. Ilona Acznik

Nowe typy kompozytów metaliczno-węglowych do elektrochemicznego magazynowania wodoru

Projekt realizowany w ramach: NCN

Okres realizacji: 2014-2017

Celem projektu jest opracowanie i wytworzenie kompozytów węgiel/stop wodorochłonny oraz przebadania ich właściwości elektrochemicznych i fizycznych, pod kątem zastosowań jako nowoczesne materiały elektrodowe. Zmiany właściwości materiałów poprzez modyfikację zarówno składu materiału stopowego jak i kompozytu MH/C mogą pozwolić na osiąganie wyższych wartości energii właściwej z jednostki objętości.

Kierownik projektu: mgr inż. P. Swoboda

Typoszereg programowalnych baterii termicznych amunicji rakietowej

Projekt realizowany w ramach NCBiR z obszaru obronności i bezpieczeństwa państwa (link)

Okres realizacji: 2016 - 2019


Przedmiotem projektu jest innowacyjne na skalę światową rozwiązanie w postaci programowalnej baterii termicznej do zastosowania w rakietach krótkiego i średniego zasięgu. Celem takiego rozwiązania jest uzyskanie możliwości produkowania baterii o zróżnicowanych parametrach elektrycznych na bazie jednego klasycznego modułu zasilania połączonego z wymiennym modułem przetwarzania energii. Ważnym aspektem będzie kompatybilność tych podzespołów i uzyskanie programowalnej baterii termicznej. Rozwiązanie takie jest szczególnie uzasadnione w przypadku baterii wysokonapięciowych, co pozwala na znaczne zmniejszenie gabarytów baterii. Przeprowadzone zostaną prace badawcze nad wykorzystaniem nowoczesnych materiałów aktywnych, w tym również wytworzonych w ramach projektu. Przeprowadzone też zostaną badania eksploatacyjne poszczególnych modułów i całej baterii w kolejnych fazach zaawansowania konstrukcji. Efektem końcowym projektu będzie prototyp programowalnej baterii termicznej.

Kierownik projektu: mgr inż. Karol Kopciuch

Wpływ dodatku węglowego do katody siarkowej na parametry pracy ogniwa litowo-siarkowego

Ogniwa litowo-jonowe od czasu ich pierwszej komercjalizacji ponad 20 lat temu zdominowały rynek chemicznych źródeł prądu dla przenośnych urządzeń elektronicznych. Jednakże ograniczona gęstość energii i pojemność teoretyczna baterii Li-ion oraz rosnące zapotrzebowanie i wymagania rynku sprzyjają poszukiwaniu innych rozwiązań.

Metaliczny lit posiadający spośród metali najmniejszą gęstość i najwyższą pojemność teoretyczną (3861 mAh g-1) jest uważany za najlepszą anodę dla akumulatora. Elementarna siarka z pojemnością teoretyczną 1673 mAh g-1 wydaje się korzystną elektrodą przeciwną dla litu. Bateria litowo-siarkowa w takim układzie może posiadać gęstość energetyczną sięgającą 2500 Wh kg-1, prawie pięciokrotnie wyższą od energii standardowego akumulatora Li-ion. Niski koszt, nietoksyczność oraz naturalne występowanie siarki w środowisku również sprzyja zainteresowaniu środowiska naukowego ogniwami Li-S. Mimo postępujących prac, komercjalizacja baterii Li-S ciągle napotyka poważne problemy, do których zaliczyć należy: małą wydajność ładowania, słabą stabilność cykliczną i dużą wartość samorozładowania. Wady baterii Li-S wynikają z kilku powodów. Siarka wykazuje słabe przewodnictwo elektryczne, a więc komponując katodę należy zaplanować sporą ilość dodatku przewodzącego, co z kolei obniża zawartość samej siarki i zmniejsza gęstość energetyczną ogniwa. Drugim poważnym problemem jest rozpuszczalność tworzących się w czasie reakcji elektrodowej polisiarczków litu w organicznych elektrolitach i ich migrację w kierunku anody, gdzie następuje dalsza reakcja z litem prowadząca do powstania nierozpuszczalnych i nieprzewodzących Li2S2 i Li2S. Powyższe polisiarczki odkładając się na anodzie powodują jej korozję oraz polaryzację, a tym samym zmniejszają ilość masy czynnej katody. Jednocześnie redukcja siarki i powstawanie polisiarczków litu w procesie elektrodowym jest kluczową reakcją ogniwa Li-S. Wyzwaniem jest więc odpowiednie skomponowanie katody zapewniając przewodnictwo jonowe oraz enkapsulację powstających polisiarczków w porach węgla i ich pozostawanie w przestrzeni katodowej.

Głównym zadaniem pracy będzie otrzymanie porowatych materiałów węglowych o rozwiniętej powierzchni właściwej i ich zastosowanie jako dodatku do katody siarkowej. Planuje się wytworzyć węgle aktywne z różnych prekursorów (węgiel brunatny, pestki śliwek, kolba kukurydzy, skóry owoców). Otrzymane węgle zostaną połączone z elementarną siarką metodą fizycznego wymieszania lub poprzez infiltrację rozpuszczonej siarki do porów węgla i odparowanie jej nadmiaru. Tak przygotowana katoda zostanie przebadana elektrochemicznie w ogniwie litowo-siarkowym w celu oceny wpływu obecności porowatego węgla na uzyskiwaną pojemność odwracalną ogniwa i stabilność cykliczną.

Jednym z zadań pracy będzie nowatorskie podejście do badań elektrochemicznych i próba skonstruowania szklanego, szczelnego naczynia elektrodowego w kształcie prostopadłościanu. Przezroczyste ściany naczynia umożliwią prowadzenie obserwacji zachodzących przemian i badania in-situ tworzących się polisiarczków litu. Liczymy na uzyskanie cennych informacji na temat przebiegu i kinetyki reakcji elektrodowych zachodzących w ogniwach litowo-siarkowych oraz ocenę wpływu porowatego węgla dodanego do katody siarkowej na zjawisko migracji polisiarczków litu.

Efektem podjętych badań będzie zdobycie nowej wiedzy na temat przebiegu reakcji elektrodowych w ogniwach litowo-siarkowych oraz wpływu porowatego węgla na pojemność odwracalną i stabilność cykliczną ogniwa Li-S. Zainteresowanie środowiska naukowego ogniwami litowo-siarkowymi stale rośnie i jest duża szansa, że ogniwa te zdominują w niedalekiej przyszłości rynek chemicznych źródeł prądu.

Słowa klucze: węgiel, siarka, polisiarczki, ogniwo litowo-siarkowe, chemiczne źródła prądu

Kierownik projektu: dr Paulina Półrolniczak

Termin realizacji projektu: 28.07.2017 - 27.07.2020

Całkowity koszt realizacji projektu: 462.000,00 zł

Prace finansowane ze środków Narodowego Centrum Nauki