Energetické a kompozitní materiály
Návrh zařízení pro ukládání energie na Univerzitě Tomáše Bati (UTB) ve Zlíně je realizován v rámci center Univerzitního institutu Centrum transferu technologií a Centrum polymerních systémů. UTB aktivně vyvíjí zařízení pro ukládání energie ve dvou hlavních směrech: superkondenzátory a baterie na bázi lithia. Zkoumáme však i další vědecké otázky související s přípravou magnetických nanočástic a návrhem matric pro pokročilé biokompozitní systémy, jako jsou přírodní biokompatibilní a biodegradabilní polymery. Nakonec uvažujeme o přechodu na čistou energii, který jde daleko za technologická řešení a do výzkumu zahrnuje posouzení životního cyklu a další socioekonomické aspekty.
Pokročilé technologie baterií a superkondenzátorů
Budoucnost akumulace energie představuje technologie baterií a superkondenzátorů. Celosvětově je vyvíjeno mnoho úsilí k dosažení přechodu k dekarbonizaci a elektrifikaci. Naše výzkumná skupina na UTB se zabývá vývojem odlišných směrů, které se vypořádávají s pokročilými technologiemi souvisejícími s elektrochemickým skladováním energie:
- vývoj nové generace dobíjecích baterií s vylepšenými elektrochemickými vlastnostmi a novými chemickými vlastnostmi, jako jsou all-solid state baterie nebo hybridní technologie;
- pokročilé symetrické a asymetrické superkondenzátory nebo hybridní struktury založené na 2D a 3D nanostruktuře, které zvyšují hustotu energie a stabilizují přenos náboje
- optimalizace a inženýrství výrobních technologií pro vývoj pružných struktur v organických a vodných elektrolytech.
Magnetická hypertermie a polymerní memristory
Výzkum v této oblasti je zaměřen na přípravu materiálů pro různé aplikace vodivých i dielektrických a magnetických materiálů od elektromagnetického stínění, selektivně odrazivých povrchů a selektivně propustných deskových materiálů, až po materiály zamýšlené pro hypertermickou léčbu rakoviny, které byly již patentovány.
Materiálový design je orientován převážně na přípravu magnetických nanočástic, eventuálně i na aplikaci nebo modifikaci magnetických a jiných plniv (částic i krátkých vláken) z komerčních zdrojů do kompozitních materiálů s polymerní matricí. V oblasti syntézy dále skupina úspěšně pracuje s polyanilinem a obdobnými vodivými polymery. Kombinací magnetického anorganického jádra a elektricky vodivé polymerní slupky vznikají core-shell částice s významně zlepšenými vlastnostmi. Schopnosti přeměňovat absorbovanou energii střídavého magnetického pole na teplo se využívá tam, kde je požadován zdroj tepla v objemu, v nejnáročnější aplikaci se jedná o hypertermii. Z uvedených materiálů jsou dále připravovány vodivé kompozity pro elektromagnetické stínění. Selektivní odrazivost se pak dosahuje přípravou tzv. metamateriálů, kde k funkci kromě materiálové kompozice přispívá také geometrie jednotlivých složek kompozitu. Ploché struktury s materiálovým vzorováním jsou připravovány metodami materiálového tisku
Energetické a zdravotnické kompozitní systémy
Předmětem výzkumného zájmu této výzkumné skupiny je jednak studium a příprava matric pro pokročilé biokompozitní systémy a také aktivních/funkčních složek, které do těchto matric mohou být inkorporovány. Jako matrice slouží zejména polymerní gely ze syntetických i přírodních biokompatibilních a biodegradabilních polymerů. Speciálním případem je využití bakteriální celulózy z vlastní produkce v bioreaktorech. Tyto gely slouží např. ke krytí ran v medicíně, hledají uplatnění v procesech pervaporace a jsou aplikovány (ve spolupráci se skupinou Kompozity s elektrickými a magnetickými vlastnostmi) jako elektrolyt v superkondenzátorech. Mineralizované gely slouží jako templáty v chirurgii kostních náhrad. Plnivo založené na uhličitanech je připravováno přímo ve struktuře gelové matrice metodou biomimetické mineralizace. Jako funkční agens se využívají syntetické polypeptoidy a peptoidové nanodestičky, které mají významnou biologickou aktivitu.
Socioekonomické aspekty energetiky
Současný přechod na čistou energii tvoří základ pokračující transformace globálního energetického sektoru z fosilních zdrojů na obnovitelné zdroje energie. V této souvislosti vyvstává mnoho vědeckých otázek, včetně typů a forem účasti zúčastněných stran, otázek vlastnictví, finančních důsledků a dalších socioekonomických aspektů. Požadavky na budoucí energetické systémy je třeba prozkoumat v kontextu klíčových trendů, jako je dekarbonizace, decentralizace a digitalizace. Kromě toho je stále důležitější pružně reagovat na inovace v sektoru obnovitelných zdrojů energie, kolísání cen energií a následně zvažovat hodnocení environmentálních, ekonomických a sociálních dopadů energetických materiálů, technologií a zařízení.
Spolupracující instituce
- Clemson Univesity, Clemson, South Carolina, USA
- East China University of Science and Technology, Shanghai, China
- Ústav polymérov, SAV, Bratislava, Slovensko
- Sabanci University, Istanbul, Turkey
- Ústav makromolekulární chemie, AV ČR, Praha
- Riga Technical University, Riga, Latvia
- Marmara University, Istanbul, Turkey
- Technion, Israel Institute of Technology, Haifa, Israel
- Univerzita Pavla Josefa Šafaříka (UPJS) v Košicích, Slovensko
- Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Německo
- Ústav experimentálnej fyziky, SAV, Bratislava, Slovensko
- Institute of Nuclear Sciences “VINCA” , Srbsko
- Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), acting for IPCMS and France - Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS), Francie
Rozvoj výzkumného směru
RP/CPS/2024-28/005 - Energetické a kompozitní materiály a technologie, 2024-2028
Hlavní řešitel: prof. Ing. Marián Lehocký, Ph.D.
Cílem rozvojového projektu je udržitelná excelence ve výzkumných oblastech:
- Vývoj systémů pro skladování elektrické energie,
- Metodická řešení pro hodnocení technologií – Unit TAU
- Transformace energie u elektrochemických povrchů,
- Energetické a materiálové zhodnocení biomateriálů,
- Vývoj memristorů a magnetických hypertermických systémů.
Řešené projekty
HORIZON Europe (SMHYLES) - Safe, sustainable and Modular HYbrid systems for Long-duration Energy storage and grid Services, 2024-2027
HORIZON RISEnergy (101131793) Research Infrastructure Services for Renewable Energy 2024-2028
The NATO Science for Peace and Security Programme (SPS) - Smart Portable Nanosensors for on-site Biomedical and Environmental Analysis (TERRITORY)
LUAUS24032 - Polymerní neuronové synapse, 2024-2027
GA24-10384S - Polymerní memristory s neurosynaptickými vlastnostmi 2024-2026
8X23034 - Magnetické nanostruktury schopné samozahřívání pro teranostické aplikace -2023-2025
SOLiD ID (101069505) - Sustainable manufacturing and optimized materials and interfaces for lithium metal batteries with digital quality control
TwinVECTOR (ID 101078935) - Twinning FOR DEVELOPMENT OF WORLD-CLASS NEXT GENERATION BATTERIES
Horizon 2020 StoRIES (Storage Research Infrastructure Eco-System) https://www.storiesproject.eu/
H2020-LC-GD-2020 (101036910) Building a low-carbon, climate resilient future: Research and innovation in support of the European Green Deal, 2021-2025
TK05020019 Projekt Théta 5 - "Vývoj LiFePO4 dobíjecích baterií pro stacionární aplikace" (spolupráce s EnergyCloud a.s.) - 2023-2025
TK03030157 - "Další generace all-solid-state Li-ion baterií", 2020-2025
FW01010327 - "Pokročilé polymerní a kompozitní materiály pro aditivní výrobu" (spolupráce se SPA 2000 s.r.o. a SYNPO a.s.), 2020-2024
TH71020005 - "Bioaktivní vstřikovatelné hydrogely pro regeneraci měkkých tkání po rekonstrukčních maxilofaciálních operacích" (spolupráce s Riga Technical University, Marmara University a Technion-Israel Institute of Technology), 2020-2024
Visegrad Grant No. 22310096 Biodegradable metal development and surface functionalization V4 network, 2023-2024
CZ.01.1.02/0.0/0.0/20_321/0024533 - Designové zalévané LED svítidlo s homogenní vyzařující plochou (2021-2023)
TH71020006 - "Hybridní zařízení na bázi Li-ion baterie a superkapacitoru" (spolupráce se Slovenskou akademií věd a Sabanci University), 2020-2023
LTAUSA19066 - "Studium polymerních memristorů založených na metakrylátových polymerech s karbazolovými bočními skupinami" (spolupráce s Akademií věd ČR), 2020-2022
LTT20005 - "Spolupráce s asociací EASE na vývoji hybridního superkapacitoru", 2020-2022
8X20041 - "Návrh a příprava multifunkčních magnetických nanočástic pro detekci rakovinných buněk", 2020-2021
TP01010006 - "Komercializace na Univerzitě Tomáše Bati ve Zlíně II", 2020-2022
- podprojekt "Obnovitelná textilie na bázi biopolymeru pro svrškovou část obuvi" (spolupráce s UNI UTB), 2020-2021
CA15216 - "Biosynthesis of Bacterial Cellulose using Inexpensive Nutrient Medium And their Characterizations", 2016-2021
CA18236 - "Entrepreneurial Universities emerging perspectives enrich regional social innovation ecosystems" (spolupráce s UNI UTB), 2019-2023
LH14273 - "Konstrukce a elektrochemické vlastnosti superkondenzátorů pro vysoce efektivní ukládání energie", 2014-2016
LTACH17015 - "Příprava a elektrochemické vlastnosti hierarchických struktur flexibilních elektrod na bázi polyanilin/bimetalové oxidy", 2017-2019
FOSTECT_S1_M2_EN - "Developing of counter electrode based on carbon materials applied for Dye-Sensitized Solar Cells", 2019-2020
Aktuální výstupy

Nickel nanoparticle-decorated reduced graphene oxide via one-step microwave-assisted synthesis and its lightweight and flexible composite with Polystyrene-block-poly(ethylene-ran-butylene)-block-polystyrene polymer for electromagnetic wave shielding application

Polymer-based electrochemical sensor: Fast, accurate, and simple insulin diagnostics tool
Graphene oxide produced from spent coffee grounds in electrospun cellulose acetate scaffolds for tissue engineering applications

Coating of leather with dye-containing antibacterial and conducting polypyrrole
Boosting photocatalytic degradation of estrone hormone by silica-supported g-C3N4/WO3 using response surface methodology coupled with Box-Behnken design
Silane-modified kombucha-derived cellulose/polyurethane/polylactic acid biocomposites for prospective application as leather alternative

Engineering of inhalable nano-in-microparticles for co-delivery of small molecules and miRNAs

Whey protein isolate-chitosan PolyElectrolyte Nanoparticles as a drug delivery system
Flexible, ultrathin and light films from one-dimensional nanostructures of polypyrrole and cellulose nanofibers for high performance electromagnetic interference shielding
Enhanced specific capacity and cycling stability of flexible nanocellulose-based pseudocapacitive electrodes by controlled nanostructuring of polyaniline

Controlled release of vitamin U from microencapsulated brassica oleracea l. var. capitata extract for peptic ulcer treatment
Atomic Fe on hierarchically ordered porous carbon towards high-performance Lithium-sulfur batteries
Kontakty
-
Garant výzkumného směru
-
+420 57 603 8040
-
406/U11, A416/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
-
+420 57 603 8035
-
+420 608 616 048
-
A319/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
-
+420 57 603 8035
-
+420 608 616 048
-
A507/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
- prof. Ing. Jarmila Vilčáková, Ph.D.
-
+420 57 603 8113
-
A417/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. -
research
- doc. RNDr. Renáta Oriňaková, DrSc.
-
+420 57 603 8142
-
A416/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
- doc. Nabanita Saha, M.Sc. Ph.D.
-
+420 57 603 8156
-
A419/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. -
research
- Professor Extraordinary, MSc. Natalia Kazantseva, CSc.
-
+420 57 603 8114
-
A417/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. -
research
- Adam Aberra Challa, MSc.
-
+420 57 603 1763
-
A145/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
- Ahmad Reshad Delawary
-
+420 57 603 1763
-
A145/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
- Poulami Chatterjee
-
+420 57 603 1749
-
A328/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
- Mainak Chaudhuri
-
+420 57 603 1721
-
A207/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
-
-
Ing. Anna Ivanichenko
-
-
+420 57 603 8015
-
A432/U11
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
-
Ing. Štěpán Žídek
-
+420 57 603 8128
-
A307/U17
-
s_
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
- Dr. Ing. Constantin Bubulinca
-
+420 57 603 8112
-
A312/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. -
research
-
Eva de Melo Ferreira, Ph.D.
-
+420 57 603 1761
-
204/U11
-
de_melo_
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
-
Ing. Anita Eckstein, PhD.
-
+420 57 603 8142
-
A416/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
- Haojie Fei, MSc. Ph.D.
-
+420 57 603 1738
-
A309/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. -
research
-
prof. Ing. Berenika Hausnerová, Ph.D.
-
+420 57 603 5166
-
A316/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. -
research
-
Ing. Lucie Hrbáčková, Ph.D.
-
+420 57 603 2430
-
506/U2
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. -
research
- Thaiskang Jamatia, Ph.D.
-
+420 57 603 8015
-
432/U11
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. -
research
-
Etsub Tekola Jemberu, Ph.D.
-
410/U2
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. -
research
- Nikhitha Joseph, Ph.D.
-
+420 57 603 1762
-
A324
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
- Ing. Marek Jurča, Ph.D.
-
+420 739 698 675
-
A228/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
-
Ing. Roman Kimmel, Ph.D.
-
+420 57 603 1107
-
A410/U15
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
-
Ing. Jiří Matyáš, Ph.D.
-
+420 57 603 1350
-
308/U11
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. -
research
-
Ing. Robert Olejník, Ph.D.
-
+420 57 603 1350
-
308/U11
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. -
research
- Kadir Özaltin, M.Sc., Ph.D.
-
+420 57 603 1741
-
A313/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. -
research
- Debashri Paul, Ph.D.
-
+420 57 603 1741
-
A324
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
-
prof. Dr. Ing. Drahomíra Pavelková
-
+420 57 603 2401
-
401/U2
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. -
research
- Ing. Tomáš Sáha, Ph.D.
-
+420 57 603 8157
-
422/U11
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. -
research
-
prof. Ing. Petr Slobodian, Ph.D.
-
+420 57 603 1350
-
A322
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. -
research
-
Ilona Smolková, M.Sc. Ph.D.
-
+420 57 603 5166
-
A316
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
- RNDr. Jaroslav Stejskal, CSc.
-
+420 57 603 5166
-
A316
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. -
research
-
Ing. Kateřina Štěpánková, Ph.D.
-
+420 57 603 8117
-
A209/U17
-
k1_
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
-
Zewdu Tadesse Wondimkun, Ph.D.
-
A205/U11
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
- Ing. Oyunchimeg Zandraa, Ph.D.
-
+420 57 603 1741
-
A309/U17
-
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript. -
research