Výzkumný směr

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

Garant výzkumného směru: prof. Ing. Petr Sáha, CSc. dr.h.c.


Rozvoj výzkumného směru 

RP/CPS/2024-28/007 - 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

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

IGA/CPS/2024/005 - Vyhodnocování a přeměna bioodpadu na čistou energii a materiál pro zdravotnictví a skladování energie, 2024

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 StoRIE
S
(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

Visegrad Grant No. 22310096 Biodegradable metal development and surface functionalization V4 network, 2023-2024

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

Ukončené projekty

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

CITATION DATA: Advanced Composites and Hybrid Materials, VOL: 6, ISS: 3, https://doi.org/10.1007/s42114-023-00692-7, PUBLICATION YEAR: 2023

Polymer-based electrochemical sensor: Fast, accurate, and simple insulin diagnostics tool

CITATION DATA: Electrocatalysis, https://doi.org/10.1007/s12678-023-00827-w, PUBLICATION YEAR: 2023

Graphene oxide produced from spent coffee grounds in electrospun cellulose acetate scaffolds for tissue engineering applications

CITATION DATA: Materials Today Communications, VOL: 35, https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2023.105974, PUBLICATION YEAR: 2023

Coating of leather with dye-containing antibacterial and conducting polypyrrole

CITATION DATA: Coatings, VOL: 13, ISS: 3, https://doi.org/10.3390/coatings13030608, PUBLICATION YEAR: 2023

Boosting photocatalytic degradation of estrone hormone by silica-supported g-C3N4/WO3 using response surface methodology coupled with Box-Behnken design

CITATION DATA: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, VOL: 441, https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2023.114733, PUBLICATION YEAR: 2023

Silane-modified kombucha-derived cellulose/polyurethane/polylactic acid biocomposites for prospective application as leather alternative

CITATION DATA: Sustainable Materials and Technologies, VOL: 36, https://doi.org/10.1016/j.susmat.2023.e00611, PUBLICATION YEAR: 2023

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

CITATION DATA: Nanoscale Research Letters, VOL: 18, ISS: 1, https://doi.org/10.1186/s11671-023-03781-0, PUBLICATION YEAR: 2023

Whey protein isolate-chitosan PolyElectrolyte Nanoparticles as a drug delivery system

CITATION DATA: Molecules, VOL: 28, ISS: 4, https://doi.org/10.3390/molecules28041724, PUBLICATION YEAR: 2023

Flexible, ultrathin and light films from one-dimensional nanostructures of polypyrrole and cellulose nanofibers for high performance electromagnetic interference shielding

CITATION DATA: Carbohydrate Polymers, VOL: 309, https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.120662, PUBLICATION YEAR: 2023

Enhanced specific capacity and cycling stability of flexible nanocellulose-based pseudocapacitive electrodes by controlled nanostructuring of polyaniline

CITATION DATA: Electrochimica Acta, VOL: 441, https://doi.org/10.1016/j.electacta.2023.141830, PUBLICATION YEAR: 2023

Controlled release of vitamin U from microencapsulated brassica oleracea l. var. capitata extract for peptic ulcer treatment

CITATION DATA: Food and Bioprocess Technology, VOL: 16, ISS: 3, https://doi.org/10.1007/s11947-022-02965-3, PUBLICATION YEAR: 2023

Atomic Fe on hierarchically ordered porous carbon towards high-performance Lithium-sulfur batteries

CITATION DATA: Journal of Electroanalytical Chemistry, VOL: 928, https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2022.117046, PUBLICATION YEAR: 2023

Kontakty

Garant výzkumného směru: prof. Ing. Petr Sáha, CSc., dr. h c.
406/U11
+ 420 57 603 8040
409/U17
+ 420 57 603 1709
Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.

Projektový manažer: Ing. Viera Pechancová, Ph.D.
+420 57 603 8044
A507/U17

Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
research

Vědecký tým

Doktorandi

  • prof. Ing. Marián Lehocký, Ph.D.

  • +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.

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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. Štěpán Žídek

  • +420 57 603 8128

  • A307/U17

  • 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.
  • Eva de Melo Ferreira, Ph.D.

  • +420 57 603 1761

  • A507/U17

  • 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.
  • Thaiskang Jamatia, Ph.D.
  • +420 57 603 8128
  • A307
  • Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
  • 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.

  • 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.

  • 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.
  • Debashri Paul, Ph.D.
  • +420 57 603 1741
  • A324

  • Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
  • Nibedita Saha, Ph.D. MBA
  • +420 57 603 8151
  • 433/U11
  • Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
  • 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.
  • Ilona Smolková, M.Sc. Ph.D.

  • +420 57 603 1721
  • A221/U17
  • Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
  • RNDr. Jaroslav Stejskal, CSc.
  • +420 57 603 1731
  • A221/U17
  • Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
  • Ing. Kateřina Štěpánková, Ph.D.

  • +420 57 603 1721

  • A207/U17

  • 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.

© 2023 UTB CPS