Kontakt
Skupina fyziky povrchů
Katedra fyziky povrchů a plazmatu MFF UK

V Holešovičkách 747/2
CZ-180 00 Praha 8 - Libeň
Tel.: +420-95155-2776
GALERIE

Malé věci často skrývají netušeně velké možnosti. To je fyzika nanosvěta.

Aplikovaný výzkum

Cesta od základního výzkumu směrem k aplikaci často nebývá snadná a přímočará. Například mikrovlnný ohřev, dnes běžně používaný v každé domácnosti, byl "vedlejším" produktem výzkumu radaru a najdeme jistě i mnohé další příklady. Navíc, jak už bylo naznačeno v kapitole Testy funkčních celků a prototypů, v případě aplikovaného výzkumu není předmětem bádání samotný jev, který již byl dobře prozkoumán a popsán základním výzkumem, ale ověření resp. vylepšení vlastností tak, aby bylo možné objevy základního výzkumu uplatnit v běžné praxi. Pro aplikaci jsou důležité parametry jako jsou náklady na výrobu a provoz nové technologie, ale třeba i to, zda vynaložené náklady na další vývoj jsou úměrné případnému vylepšení technologie. Vývoj skutečného funkčního prototypu je velice nákladná záležitost, která je v akademických podmínkách až na výjimky neproveditelná. Proto aplikovaným výzkumem v akademických podmínkách rozumíme hlavně aplikaci základního výzkumu v míře dostatečné pro patentování a prezentaci komerčním společnostem, které si vývoj funkčního prototypu provedou. Velmi často jsou pak objevené technologie uváděny do praxe právě komerčními společnostmi, které si odkoupí potřebné patenty.

Obrázek 1.1: O co jde v palivovém článku.

Naše pracoviště se zaměřujeme především na základní výzkum, ale přesto se zabýváme i některými tématy aplikovaného výzkumu. Jedním z nich je vývoj katalyzátoru pro vodíkový článek s polymerní membránou. Z hlediska aplikace jsou především důležité parametry jako nízká cena materiálu katalyzátoru a nízké náklady na výrobu a provoz. Minimalizace zmíněných parametrů obnáší splnění dalších dílčích požadavků kladených na katalyzátor (uvedeno v Syntéza a měření reálných systémů), které jsou řešeny v oblasti základního výzkumu a modelových studií. V případě aplikovaného výzkumu již ale přistupujeme k vodíkovému článku jen jako k black boxu, který je charakterizován vhodnými parametry rozhodujících o tom, jak moc je daný testovaný vodíkový článek vhodný pro praktické účely. Vše, co v tomto okamžiku potřebujeme o vodíkovém článku vědět je, že je sendvičové struktury. Článek je složen z anody a katody rozdělené nafionem. Anoda i katoda je tvořena difúzní vrstvou a katalyzátorem. Dále si vystačíme s tím, že na anodu proudí vodík a na katodu kyslík a že přiváděné plyny na anodu a katodu musí být dostatečně vlhčeny, aby nedošlo k vysušení membrány. Vše je názorně vysvětleno v následujícím videu. Palivový článek je standardně charakterizován:

  • Výkonem na jednotku plochy (hustota výkonu).
  • Výkonem na jednotku hmoty použitého drahého kovu (specifický výkon).
  • Specifickým povrchem.
  • Teplotou bublerů a samotné cely.
  • Stechiometrií vodíku a kyslíku.
  • Přetlakem plynů.
  • Účinností spotřeby chemické energie vodíku.

Měření provádíme na našich testovacích stanicích: FC test station.

 

Další téma základního výzkumu, kterým se na našem pracovišti zabýváme, je vývoj senzoru plynů. Stejně jako v případě palivového článku přistupujeme k plynovému senzoru jako k hotovému funkčnímu celku. Senzor je tvořen materiálem, jehož měrný elektrický odpor se mění v závislosti na expozici plynu. Na obrázku 1.2 je schéma „2D“ senzoru. Na našem pracovišti se zabýváme „1D“ senzorem, který má principiálně větší senzitivitu (snímek masky je uveden na obr. 1.3). Senzor popisujeme vhodnými charakteristikami:

  • Citlivost a linearita.
  • Odezva.
  • Selektivita.
  • Mrtvá doba.
  • Závislost na vlhkosti.

Viz také kapitola Testy funkčních celků a prototypů. Senzory jsou testovány speciálním zařízením vyvynutým na našem pracovišti.

Aplikace_obr_2_CZ.png Aplikace_obr_3_CZ.png

Obrázek 1.2: Scháma 2D polovodičového plynového senzoru [1].                                         Obrázek 1.3: Maska vyvýjeného 1D plánovaného senzoru [1].

 

Reference:

  1. HAVIAR, Stanislav. Nanovláknové struktury oxidů pro detekci plynů. Praha, 2014. Disertační práce. Universita Karlova. Matematicko-fyzikální fakulta.

 

Tento text včetně vytvořené grafiky je přebírán z následující práce nebo byl napsán autorem v průběhu studia: FIALA, Roman. Studium nových katalyzátorů pro palivové články s polymerní membránou. Praha, 2017. Disertační práce. Universita Karlova. Matematicko-fyzikální fakulta.