Nabídka témat

Juraj KosekÚstav chemického inženýrství (budova B, 1.patro, místnost 145)VŠCHT Prahae-mail Juraj.Kosek@vscht.cztelefon 220 44 3296web: www.kosekgroup.cz

Vedení studentů. Těší nás důvěra značného počtu studentů v našich výzkumných laboratořích a při jejich vedení a přípravě na bakalářské, diplomové a disertační práce hodláme pokračovat v osvědčených konceptech:

● Kvalifikační práce v anglickém jazyce. Díky sepsaní kvalifikační práce v anglickém jazyce můžete u budoucího zaměstnavatele doložit Vaši jazykovou vybavenost.

● Doktorandi pomáhají vést mladší studenty a na řadě problémů spolupracují jako tým. Zadání prací a jejich obtížnost jsou formulovány studentům „na míru“ vzhledem k jejich ambicím, preferencím pro konstrukční, experimentální či modelovací práci a vzhledem k jejich zamýšlené profesní specializaci. Na pravidelných seminářích skupiny studenti prezentují výsledky či diskutují různé překážky a získávají zpětnou vazbu.

● Podmínky k tvůrčí práci studentů zahrnují přístup k „osobní“ knihovně s více než 400 odbornými knihami, přístrojové zázemí našich výzkumných laboratoří, možnosti tvůrčího návrhu a konstrukce nových zařízení s využitím malé příruční dílny, udržování výpočetního klastru, přístup do sdílené laboratoře vybavené řadou přístrojů a spolupráce s řadou výzkumných laboratoří.

● Zapojení studentů do projektů tvůrčí průmyslové spolupráce založené na kreativním řešení problémů. Průmyslové problémy jsou obrovskou inspirací také pro základní výzkum.

● Návrhy a konstrukce vlastních aparatur jsou možné se zručnými studenty, kterým je vhodné dát prostor k přípravě CAD technických výkresů, prototypů složitějších dílů pomocí 3D tiskárny, sestavování aparatur z řady kovových či plastových dílů, instalaci měřících čidel a zobrazovačů, instalaci regulátorů, propojení s řídícím počítačem i programování řízení experimentů a sběru dat v software LabView.

● V oblasti matematického modelování má průmyslová praxe zájem o modeláře s důkladným fyzikálně-chemickým pochopením problémů a alespoň základní znalostí numerických algoritmů.

● Skutečné výzvy a zatím „neohlodaná“ témata jsou nejlepší motivací pro studenty. Stále se pouštíme do nových oblastí výzkumu.

Odkaz na rozhovor se mnou: http://www.vscht.cz/popularizace/rozhovory/kosek

Nabídka prací a bakalářských prací – léto 2017

Téma: Polymery

1) Matematické modely pro on-line řízení emulzní kopolymerace (3 témata)

Emulzní kopolymerace je proces široce využívaný pro výrobu polymerních latexů tvořících základ adheziv, barviv a nátěrových hmot. Tato nanotechnologie (polymerní částice v emulzi mají velikost kolem 50 nm a složitou vnitřní morfologii) vytváří velkou výzvu pro matematické modelování, které musí pokrýt širokou škálu měřítek: nano-měřítko pro vnitřní strukturu částic, mikro-měřítko kvůli vlastnos- tem funkčních filmů vytvořených z polymer- ních částic a makro-měřítko zachycující pod- mínky v celém polymerním reaktoru. Široká škála měřítek nás nutí k použití řady modelů založených na různých principech (Monte Carlo modely, deterministické modely a případně i modely založené na molekulární dynamice). V rámci tématu se lze zaměřit na různé podoblasti:

a) Vývoj rychlých a robustních modelů, založených na moderních hybridních metodách, které umožní on-line řízení polymerních reaktorů, a tak získání produktů s co nejlepšími vlastnostmi, v co nejkratším čase.

b) Pro on-line řízení je nutné různé sofistikované modely efektivně propojit případně nahradit pomocným (zjednodušeným a rychlým) modelem. Hlavním úkolem v této oblasti je vývoj moderních programů pro hledání těchto ideálních pomocných modelů, které jsou založeny na nových metodách Bayesiánské analýzy a učících se algoritmech, které zdokonalují pomocný model na základě existujících sofistikovaných modelů.

c) Vývoj algoritmu pro automatickou obrazovou analýzu TEM snímků polymerních částic v emulzi, která by umožnila validaci, a případně automatické zdokonalování modelů.

Ve spolupráci s evropskými akademickými i průmyslovými partnery (BASF) budou v rámci evropského projektu RECOBA vyvinuté modely využity pro řízení a optimalizaci provozu existujících průmyslových reaktorů v reálném čase. Předchozí zkušenost s programováním/algoritmizací je výhodou. Zmíněné metodiky jsou ve středu zájmu aktuálního výzkumu matematického modelování a naučené dovednosti jsou velice žádané v mnoha průmyslových odvětvích. Téma vhodné pro: PIM, NANO, CHEMIE.

2) Teoretické studium stability disperzních systémů

Koloidní stabilita disperzních systémů (např. emulzí a suspenzí) je atraktivní téma jak z akademického, tak z průmyslového úhlu pohledu. Tento problém se týká obrovské třídy systémů v potravinářském, chemickém a zpracovatelském průmysl Například při průmyslové emulzní polymeraci dochází k občasné koagulaci polymerních částic, což může vést jak ke znehodnocení produktu, tak ke zpomalení výroby a následným ekonomickým ztrátám. V této práci budou využity a následně rozšířeny modely koagulace polymerních částic založené na metodě diskrétních elementů (angl. „discrete element method“), se kterou má naše pracoviště bohaté zkušenosti. Základním cílem je zmapovat

podmínky, při nichž v reálném procesu dochází ke koagulaci či zanášení stěn zařízení, a přispět tak k pochopení mechanismů vzniku koagulátu. Předchozí zkušenost s programováním/algoritmizací je u tohoto tématu výhodou. Práce se uskuteční v rámci řešení evropského projektu RECOBA. Téma vhodné pro: PIM, NANO, CHEMIE.

3) Experimentální studium aglomerace polymerních částicPři výrobě polyolefinů (např. polyethylénu či polypropylénu) ve fluidních reaktorech dochází k aglomeraci rostoucích polymerních částic, což může vést k ulpívání vrstvy polymeru na vnitřních stěnách zařízení a následným problémům při provozu reaktoru. Samotná aglomerace částic představuje komplexní proces ovlivněný řadou dílčích jevů. Důležitou roli při aglomeraci hrají mechanické vlastnosti částic, např. jejich elasticita. Předmětem této práce je snímání interakce částice-částice a částice-stěna pomocí kamery s vysokým časovým i prostorovým rozlišením. Naměřené snímky budou následně vyhodnoceny v software pro zpracování obrazu za účelem odhadu tzv. normálového restitučního koeficientu, který je mírou elasticity srážky. Adhezivní vlastnosti částic polyolefinů za zvýšené teploty budou charakterizovány také na novém přístroji AFM (mikroskop atomárních sil) a vznikne tak unikátní soubor dat k publikaci. Téma vhodné pro:CHEMIE, NANO,PIM.

4) Morfologická charakterizace a rekonstrukce 3D rekonstruovaných polymerních pěnPolymerní mikro- a nano-celulární pěny jsou široce využívány například pro své výborné tepelné izolační schopnosti. Aplikační vlastnosti pěn závisí nejen na materiálu, ze kterého jsou vyrobeny, ale především na jejich vnitřní struktuře, tedy distribuci velikostí, tvaru a typu sklípků (otevřené/uzavřené), na tloušťce stěn a množství hmoty situované v tzv. „strutech“, tj. v místech, kde se stýká více stěn. Téma se zabývá vývojem a testováním algoritmů pro (i) rekonstrukci prostorově trojrozměrné struktury pěn ze snímků získaných rentgenovou mikro-tomografií, (ii) statistický popis morfologie pěn (porozity, distribuce velikostí cel, orientace buněk aj.) pomocí obrazové analýzy. Předchozí zkušenost s programováním je výhodou. Součástí práce bude také počítačová rekonstrukce polyuretanových pěn různých morfologií, ať už měkkých pěn (molitanů) či tvrdých pěn (využívaných jako tepelné izolanty). Rekonstruované pěny slouží jako vstup do matematických modelů, které predikují vlastnosti pěn (mechanické, tepelně-izolační, ap.). Práce navazuje na evropský projekt MODENA a další grantové projekty. Téma vhodné pro: PIM, NANO, CHEMIE.

5) Experimentální příprava mikro- a nanocelulárních polymerních pěn

Láká Vás připravovat nové struktury pěn a hledat cestu k té nejzajímavější z hlediska aplikačního? Pokud ano, pak by Vaším primárním cílem na této cestě bylo nalézt vztah mezi fyzikálně-chemickými podmínkami vypěňování a výslednou strukturou pěn. Výsledná struktura pěn totiž ovlivňuje jejich aplikační potenciál. Budete navazovat na unikátní metodu přípravy pěn, jež umožňuje připravovat struktury, které se běžným způsobem vypěňováním nedají připravit. Proto jsme museli navrhnout a postavit novou aparaturu, kde tu pro Vás stále zůstává prostor rozvíjet jak samotnou aparaturu, tak metodu. Budete v těsné spolupráci s kolegy, kteří se tomu věnují teoreticky a studují pěny pomocí matematických modelů. Společně budete porovnávat vaše výsledky a hledat vhodnou strukturu, která nejen vylepší např. tepelně-izolační vlastnosti, ale možná nabídne i zcela nové zajímavé vlastnosti. Téma vhodné pro: PIM, NANO, CHEMIE.

6) Modelování utváření struktury polymerních pěnNano a mikro-strukturované polymerní pěny představují porézní materiály široce využívané např. jako tepelné a zvukové izolanty či pro mechanickou ochranu spotřebních produktů. I když jsou pěny každoročně průmyslově vyráběny v obrovských množstvích, mechanismus jejich vzniku je stále obklopen řadou otevřených otázek. V této práci budou dále rozšiřovány existující modely utváření morfologie polymerních pěn. Tato třída modelů (známá jako Cahn-Hilliardův přístup) je založena na popisu fázové separace mechanismem spinodální dekompozice. Znalost vztahu mezi podmínkami vypěňování a výslednou strukturou pěn umožní optimalizaci jejich morfologie a aplikačních vlastností. Předchozí zkušenost s programováním/algoritmizací je výhodou. Téma vhodné pro: PIM, NANO, CHEMIE.

7) Využití TD-NMR pro studium sorpce v polymerechNukleární magnetická rezonance v časové doméně (angl. „time-domain nuclear magnetic resonance“, TD-NMR) je dostupná a robustní metoda umožňující rychlou analýzu vícefázových materiálů (např. určit zlomek olejové fáze v emulzi olej-voda). Oproti známější NMR spektroskopii, TD-NMR nevyžaduje tak silné magnetické pole pro excitaci vzorku díky čemuž je tato metoda méně finančně i prostorově náročná a navíc je i časově efektivní. V této práci bude TD-NMR využito k analýze dynamiky sorpce nízkomolekulárních látek (např. monomeru a organických rozpouštědel) v polymerech. Cílem je otestovat tuto metodu pro měření sorpce v polymerech a získat tak lepší porozumění procesů probíhajících v polymerních částicích během jejich růstu v průmyslových reaktorech. Získané znalosti pomohou jak k optimalizaci stávajících výrobních procesů, tak k vývoji nových on-line senzorů poskytujících informace o probíhající reakci v reálném čase a umožňujících tak přesnější řízení reakcí. Téma vhodné pro: PIM, CHEMIE.

8) Studium sorpce a transportu v částicích polyolefinůPolyolefiny (např. polyethylén a polypropylén) představují více než polovinu světové produkce plastů. Většina polyolefinů je vyráběna katalytickou polymerací v plynně či kapalně-disperzních reaktorech. Transport reaktantů a rozpouštědel skrze rostoucí polymerní částice má vliv na rychlost polymerace, složení kopolymeru i dynamiku odplyňování produktu při následném zpracování. Naše pracoviště se může pyšnit nejbohatší databází experimentálních dat popisující transport a sorpci různých složek v široké paletě polyolefinů měřených za reálných reakčních podmínek. Předmětem tohoto tématu je rozšíření existující databáze měřením sorpce a difuze penetrantů v polyolefinech na unikátní gravimetrické aparatuře. Naměřená data umožní optimalizaci reálných procesů našich průmyslových partnerů. Výstupem práce budou podklady k prestižním článkům. Téma vhodné pro: PIM, CHEMIE.

10) Modelování tepelně izolačních vlastností nano-celulárních polymerních pěn

Polymerní pěny s nízkou hustotou mají velmi dobré tepelně izolační vlastnosti a jsou tedy ve velkém měřítku využívány pro zateplení budov a izolaci potrubí. Pro další generaci tepelných izolantů jsou v současnosti zvažovány pěny s velikostí cel výrazně pod jeden mikrometr. Tyto materiály by měly dosahovat výrazně nižších tepelných vodivostí a umožnit tak výrazně snížit množství potřebného materiálu. Na našem pracovišti byl vyvinut program na predikci tepelné vodivosti polymerních pěn s ohledem na jejich detailní morfologii. Hlavním cílem práce bude popsat odlišnosti přenosu tepla v nano-celulárních pěnách a upravit matematický model tak, aby byl schopný predikovat tepelnou vodivost i těchto materiálů. Předchozí zkušenost s programováním/algoritmizací

je výhodou. Práce navazuje na evropský projekt MODENA a další grantové projekty. Téma vhodné pro: PIM, NANO, CHEMIE.

11) Teoretické studium stárnutí polymerních pěnJednou z nejdůležitějších aplikací polymerních pěn jsou tepelné izolace. Pro jejich výrobu se obvykle vyžívají vypěňovací činidla s vysokou molární hmotností a tedy nízkou tepelnou vodivostí. Po zákazu tvrdých freonů typu CFC přešel průmysl na činidla typu HCFC a HFC a nyní plánuje použití typu HFO. Nežádoucí vlastností tohoto typu pěn je, že v čase dochází k nahrazování vypěňovacích činidel vzduchem, a tedy k degradaci tepelně izolačních vlastností pěn. Proti tomuto jevu lze bojovat uzavíráním pěn do obálek odolných vůči difúzi plynů nebo optimalizací morfologie pěn. Předmětem tohoto tématu bude teoretické studium termodynamických vlastností vypěňovacích činidel a vyvíjení matematických modelů pro difuzi plynů v polymerní pěně a přilehlé obálce tak, aby byly schopné nahradit experimenty, které trvají měsíce nebo roky. Předchozí zkušenost s programováním/algoritmizací je výhodou. Práce navazuje na evropský projekt MODENA a další grantové projekty. Téma vhodné pro: PIM, NANO, CHEMIE.

12) Modelování morfogeneze polyolefinůPolyolefiny (tj. polymery vyrábějící se z alkenů jako jsou ethylen či propylen) mají i přes své jednoduché chemické složení extrémně širokou oblast využití. Konečné vlastnosti produktu totiž závisí na délce a uspořádání jednotlivých řetězců a celkové struktuře na molekulární úrovní (morfologie). Morfologie hraje významnou roli také při jejich výrobě katalytickou polymerací, během které je u polymerních částic rostoucích na částech katalyzátoru ovlivněna např. rychlost polymerace či dynamika následného odstraňování nezreagovaného monomeru z vyrobeného polymerního prášku. K simulaci vývoje morfologie polyolefinů lze využít matematické modely založené na konceptu "Discrete Element Method" (DEM), které byly vyvinuty na našem pracovišti a představují to nejlepší, co bylo na tomto poli doposud vytvořeno. Cílem této práce je rozšířit tyto modely použitím dat z moderních morfologických analýz, jako jsou např. mikroskopie atomárních sil (AFM) či mikro-tomografie, a aplikovat je na vývoj morfologie polymerů s více fázemi, ku příkladu houževnatého polypropylenu. Díky tomu bude lépe pochopen proces růstu částic polyolefinů, což povede k optimalizaci jejich výroby. Téma vhodné pro: PIM, NANO, CHEMIE.

13) Iontová vodivost polymerních emulzíPolymerní latexy, tj. vodné suspenze polymerních částic o rozměrech desítek až stovek nanometrů, jsou nedílnou složkou nátěrových hmot, barviv a adheziv fungujících bez přítomnosti těkavých organických rozpouštědel. Latexy jsou klasicky vyráběny metodou polo-vsádkové emulzní polymerace, jejíž optimalizace v reálném čase představuje velkou výzvu pro současný polymerní průmysl. Náplní tohoto tématu je testování sondy pro měření iontové vodivosti jako možného on-line senzoru pro emulzní polymeraci. Iontová vodivost emulzí připravených naším průmyslovým partnerem (BASF) bude měřena za různých podmínek (podíl pevné fáze, teplota atd.) a získaná data následně srovnána s predikcemi poskytnutými již existujícím modelem pro predikci vodivosti. On-line měření iontové vodivosti se díky této práci může stát levnou metodou umožňující získání doposud nedostupných informací o emulzní polymeraci v reálném čase (např. množství monomeru sorbovaného v polymerních částicích). Práce se uskuteční v rámci řešení evropského projektu RECOBA. Téma vhodné pro: PIM, NANO, CHEMIE.

14) Modelování termodynamiky polymerních systémůBaví tě fyzikální chemie a matematika? Chceš se dozvědět, jak předpovídat stavové vlastnosti a proniknout do tajů polymerních systémů na těch nejmenších rozměrech? Pak jsi tu správně! Tato práce je zaměřená na tvorbu matematických modelů, které vychází z fyzikálně-chemických zákonů. Dozvíš se, jak můžeš pomocí pokročilé stavové rovnice PC-SAFT (Perturbed-Chain Statistical Associating Fluid Theory) předpovídat, jak se např. bude chovat polymer v přítomnosti nějakého rozpouštědla či penetrantu, který je ať už v kapalném, tak v plynném stavu. K čemu je nám tato znalost dobrá? Znalost stavového chování systému (termodynamiky) je při optimalizaci výroby polymerů alfou a omegou, kterou nám můžeš pomoci předpovídat právě ty. Téma vhodné pro: PIM, NANO, CHEMIE.

Téma: Ukládání energie

15) Nerovnovážná termodynamika vanadových průtočných baterií Nerovnovážná termodynamika je moderní teorií fyziky kontinua, v rámci které je možné odvodit většinu konzistentních modelů makroskopických a mezoskopických procesů. Cílem práce bude naučit se tuto teorii používat a následně ji aplikovat na vanadovou průtočnou baterii. Nejprve se zaměříme na polymerní membránu, které odděluje elektrolyty baterie, a namodelujeme transport vody a náboje skrze tuto membránu. Následně popíšeme procesy na rozhraní elektrolyt - membrána. Nakonec můžeme popsat i ztrátový proudy a procesy v elektrolytech a získáme tak robustní model popisující nabíjení a vybíjení baterie. Téma vhodné pro: NANO, CHEMIE.

16) Nerovnovážná termodynamika Butler-Volmerovy rovniceButler-Volmerova rovnice je standardní rovnicí pro popis kinetiky elektrochemických reakcí. Práce se bude zabývat dvěma přístupy k jejímu odvození. První přístup bude čistě fenomenologický založený na fenomenologickém modelování pomocí disipačních potenciálů. Druhý přístup bude založený na moderní korekci Nernst-Planck-Poissonovy rovnice popisující interakci elektrického pole a elektrolytu. Ukazuje se, že alespoň v případě palivového článku s pevnými oxidy oba přístupy vedou ke stejné rovnici. Cílem práce bude oba přístupy porovnat i v jiných situacích a následně popsat pomocí zobecněné Butler-Volmerovy rovnice procesy na elektrodách palivových článků, oxidaci vodíku a redukci kyslíku. Téma vhodné pro: NANO, CHEMIE.

17) Studium transportních vlastností membrán pro redoxní průtočné baterie s organickými elektrolyty

Redoxní průtočné baterie nacházejí stále větší uplatnění zejména pro stacionární akumulaci velkých objemů elektrické energie. Baterie s organickými elektrolyty na bázi substituovaných chinonů představují aktuální výzkumné téma a jsou příslibem široké komercionalizace technologie průtočných baterií. Volba membrány, jedné z klíčových komponent bateriového svazku, zásadně ovlivňuje cenu, účinnost i životnost celé technologie. V rámci práce budou charakterizovány vybrané komerčně dostupné polymerní membrány s ohledem na permeabilitu pro molekuly vybraných substituovaných chinonů. K tomu bude vyvinuta metodika stanovení koncentrace chinonů v permeátu. Současně bude sledován vliv chinonů na dlouhodobou životnost membrán. Téma vhodné pro: NANO, CHEMIE.

18) Optimalizace úpravy uhlíkových porézních elektrod pro redoxní průtočnou baterii s organickými elektrolyty

Redoxní průtočné baterie nacházejí stále větší uplatnění zejména pro stacionární akumulaci velkých objemů elektrické energie. Baterie s organickými elektrolyty na bázi substituovaných chinonů jsou příslibem široké komercionalizace technologie průtočných baterií. Optimalizace úpravy uhlíkové porézní elektrody je zásadní z hlediska snížení energetických ztrát a v konečném důsledku i ceny bateriového svazku. V rámci práce bude studován vliv modifikace grafitových plstí na kinetiku elektrodových reakcí pro vybrané substituované chinony. Budou testovány různé způsoby modifikace (tepelná, chemická, depozice elektrokatalyzátorů aj.). Téma vhodné pro: PIM, NANO, CHEMIE.

19) Recyklace vanadu z elektrolytu a dalších zdrojůAktuálně dochází celosvětově k instalaci mnoha technologií pro ukládání elektrické energie, z nestabilních obnovitelných zdrojů. Jednou z těchto technologií jsou vanadové průtočné baterie

využívající sloučeniny vanadu ve čtyřech oxidačních stavech, kdy životnost vanadového elektrolytu dosahuje až desítky let. Zdroje vanadu jsou relativně omezené, což vede k jeho vyšší ceně. Zároveň je ale známo, že je vanad obsažen např. v odpadu ze zpracování ropy. Cílem této práce je ověřit dostupné zdroje vanadu a provést detailní analýzu jeho možného získávání. Zároveň při předpokládané životnosti elektrolytu 10 a více let se zatím nikdo ve větší míře nezabývá možnostmi zpětné recyklace použitého vanadu z odpadního elektrolytu. Náplní této práce tudíž je i navrhnout a ověřit laboratorní postup získávání vanadu z vhodných zdrojů a postup jeho zpětného získávání z odpadního elektrolytu. Téma vhodné pro: PIM, NANO, CHEMIE.

20) Optimalizace hydrodynamických ztrát ve vanadové bateriiPrůtočné baterie nalézají stále vetší uplatnění. Nedílnou součástí tohoto systému jsou čerpadla a potrubní prvky pro tok elektrolytu. Pro správné fungování baterie je potřeba zaručit určitý průtok elektrolytu a zároveň vhodnou optimalizací tlakových ztrát v systému lze snížit provozní náklady takové baterie a zvýšit tak její celkovou AC/AC účinnost. Tato práce se zaměřuje na experimentální studium toku elektrolytu skrz stack vanadové baterie. Součástí práce bude sledovaní distribuce toku elektrolytu skrz/podél porézního nosiče pro různé geometrie vnitřního uspořádání. Zároveň bude analyzován vliv geometrie distribučních kanálků a manifoldu na tlakové ztráty v bateriovém svazku. Na základě porovnání těchto výsledků s energetickými ztrátami způsobenými zkratovými proudy bude navržena optimální geometrie manifoldu, distribučních kanálků a prostoru porézního nosiče. V neposlední řadě bude sledován vliv průtoku média na výkon baterie při jejím nabíjení a vybíjení pro zvolenou geometrii. Téma vhodné pro: PIM, NANO, CHEMIE.

21) Studium stability vanadového elektrolytu a vliv aditivVe vanadových průtočných bateriích se jako elektrolyt používá roztok síranů vanadu ve čtyřech oxidačních stavech. Jednou ze známých nevýhod tohoto elektrolytu je jeho stabilita v úzkém rozmezí teplot (5 – 40°C) a malém rozpětí koncentrací vanadu a kyseliny sírové. Toto omezení snižuje energetickou hustotu elektrolytu na hodnotu mezi 20 – 30 Wh/l a zároveň omezuje iontovou vodivost elektrolytu. Cílem této práce je provést studii ověřující stabilitu vanadového elektrolytu při různých teplotách a stavech nabití. K tomuto účelu bude vyvinuta metodika stanovení koncentrací jednotlivých složek elektrolytu a případných obsažených nečistot. Student dále ověří možnosti použít jím navržená aditiva pro zvýšení rozpustnosti vanadu, zvýšení stability vzniklého elektrolytu při dlouhodobém skladování a také při použití ve vanadové průtočné baterii a pro případné zvýšení iontové vodivosti elektrolytu. Téma vhodné pro: PIM, NANO, CHEMIE.

22) Teoretické studium elektrochemických procesů v nanostrukturovaných elektrodáchUkládání energie v moderních bateriích probíhá uvnitř porézních elektrod. Často jsou tyto elektrody tvořeny z uhlíkových materiálů (grafen, nanotrubičky, nanovlákna) a jejich vnitřní struktura je velmi komplikovaná. Tato komplikovanost s sebou však přináší i velký prostor pro zlepšení výkonnosti těchto materiálů chytrým designem jejich struktury a pochopením (nejen) elektrochemických procesů, které v elektrodách probíhají. Toto téma je zaměřeno na matematické modelování uhlíkových elektrod používaných ve vanadových průtočných bateriích s cílem optimalizovat jejich vlastnosti a umožnit tak zvýšení jejich výkonu. Práce bude probíhat v úzké spolupráci s experimentální částí skupiny. Předchozí zkušenost s programováním/algoritmizací je výhodou. Téma vhodné pro: PIM, NANO, CHEMIE.

23) Vývoj 3D modelu superkapacitorůSuperkapacitory jsou zařízení pro ukládání energie na pomezí mezi bateriemi a klasickými kondenzátory. Jejich výhodou oproti bateriím je schopnost rychleji reagovat na změny operačních podmínek, oproti klasickým kondenzátorům zase superkapacitory disponují řádově vyšší kapacitou. Tyto vlastnosti je předurčují pro použití v rychle se rozvíjejících aplikacích, jako jsou např. větrné elektrárny či regenerativní brždění u aut. Tato práce se zaměřuje na vývoj 3D modelu superkapacitoru a určení vztahu mezi strukturou porézních elektrod a výkonem zařízení. Cílem tedy je identifikovat limitující faktory a na základě předpovědí modelu optimalizovat strukturu elektrod, což je základním předpokladem pro další vývoj a rozšíření superkapacitorů. Předchozí zkušenost s programováním/algoritmizací je výhodou. Téma vhodné pro: PIM, NANO, CHEMIE.