Studentská vědecká konference

Alternativou k uskladnění energie z obnovitelných zdrojů jsou vanadové průtočně baterie, u nichž probíhá přečerpávání elektrolytů skrz porézní elektrody oddělené membránou. Membrány jsou v ideálním případě propustné pouze pro vodíkové ionty, které přenáší elektrický náboj. V reálném případě jsou ale propustné i pro vanadové kationty a vodu, což mírně snižuje účinnost baterie a její kapacitu při dlouhodobém cyklování. Naštěstí lze baterii snadno regenerovat na původní plnou kapacitu. V této práci simulujeme pomocí matematického modelu chování reálné baterie. V modelu využíváme její rozdělení na 4 části, pozitivní a negativní celu a dva zásobní tanky k nim připojené. Model zahrnuje popis transportu iontů skrz membránu Nernst-Planckovu rovnicí, popis reakční kinetiky v roztoku a popis elektrochemických reakcí Butler-Volmerovou rovnicí. K výpočtu toku vody využíváme osmotický tlak a popis membrány jako homogenní i porézní prostředí. K popisu rovnovážného napětí je použita Nernstova rovnice. Z výsledků lze predikovat jak vývoj kapacity baterie, tak objemů a koncentrací elektrolytů v průběhu dlouhodobého nabíjeni a vybíjení. Využitím vyvinutého modelu budeme schopni řídit baterii tak, aby se zlepšila její účinnost a dlouhodobá stabilita.  

Dlouhodobý trend zvyšování časově nerovnoměrné poptávky po elektrické energii s sebou nese potřebu stabilizovat síť pomocí stacionárních uložišť, kupř. ve formě akumulátorů. Na ty jsou ale v této funkci kladené specifické požadavky zejména dlouhodobé výdrže, spolehlivosti a v neposlední řadě také nízké ceny. Právě tyto vlastnosti nabízejí vanadové redoxní průtočné baterie. Jednou z klíčových komponent, který rozhoduje o technických a ekonomických parametrech baterie, je membrána oddělující kladný a záporný elektrolyt a zajišťuje iontové propojení mezi poločlánky. Cílem mé práce bylo experimentální studium provozních vlastností baterie s rozdílnými membránami. Pro experimenty jsem zkonstruoval aparaturu umožňující nejen základní charakterizaci laboratorního monočlánku, ale též k průběžnému monitorování změn objemu a složení elektrolytu. Aparatura byla využita k charakterizaci několika zástupců výměnných membrán o různé iontovýměnné kapacitě. Byl sledován významný vliv vlastností membrány na provozní vlastnosti baterie (účinnost, kapacita), ale též na transport jednotlivých složek elektrolytu membránou, a to i v dlouhodobém horizontu.  

Powder particles, for example polymers or drugs, undergo various collisions during their manufacturing and transport. Their viscoelastic properties lead to energy dissipation during collisions. The amount of dissipated energy determines the behaviour of the whole particulate system and is crucial when studying phenomena like particle aggregation or fouling. In our work, we focus on collision behaviour of PE particles. As a measure of dissipated energy, we use restitution coefficient (defined as the ratio of velocity after and before impact). Based on our experimental observations, we developed DEM model that enables us to predict restitution coefficient and post-impact behaviour of particles under various conditions. During the experiments, we recorded PE particles impacting metal plate and by image analysis obtained their restitution coefficients. We used the measured data to fit dissipative force parameter in one-element model. Consequently, we applied the same force description in a model with discretized particles represented by aggregate of elements. This model enabled us to predict energy dissipation of particles of different shapes and surface roughness. Our results also provide information about force propagation during impact and the significance of particle rotation.

 In this work, we try to synthesize hydrogel particles that can mimic the red blood cells and flow through the bloodstream and not being excreted by kidney or liver. To achieve that, we must mimic  the shape, surface and  mechanical properties of the blood cells. We have synthesized the blood-cell shaped particles from polymer PEGDA using stop flow lithography, demonstrating we are able to do such small and diversified particles. We plan to use the particles as in-vivo microsensors of blood composition by loading them with fluorescent sensors of biologically relevant parameters (pH, glucose, lactate...)  

New strict emission standards for internal combustion engine vehicles require deeper understanding of catalytic converters. This study focuses on co-oxidation of propene and carbon monoxide over Pd/γ-Al₂O₃ and Pt/γ-Al₂O₃ monolith-supported catalysts. Partial oxidation of light hydrocarbons to intermediates and their accumulation on active sites reduce efficiency of the catalyst. This can lead to temporary decreasing conversion of CO with increasing temperature, which is known as dual light-off. This effect was studied under lean and stoichiometric conditions typical of diesel oxidation and three-way catalysts. The biggest impact was observed on Pt based catalyst with presence of NO under stoichiometric conditions. On the other hand, under lean conditions oxidation of intermediates is sufficient and their effect is negligible. A global mathematical model was modified to take into account these findings. Additional reactions describe: a) partial oxidation of propene to intermediates that block active sites and slow down other reactions, b) oxidation of the intermediates and c) partial oxidation of propene to CO. The newly created CO plays only a minor role in dual light-off behaviour. The results from the modified model are consistent with the experimental data.  

This work deals with the preparation of artificial surfaces with hierarchical topologyinspired by the natural templates. Many natural materialswith two-scale roughness showunique properties such as superhydrophobicity (rose petals), self-cleaning effect (lotus leaf), antibacterial properties (cicada wing) or cytocompatibility (moth eye). The aim of this work is to use various methods of soft-lithography to produce hierarchical structures with the possibility to control both levels of surface roughness and thus the final surface properties. First, the microscale roughness can be altered by the size of primary polystyrene (PS) beads (Fig. 1a) and secondary, the nano-roughness can becontrolled via process parameters of oxygen plasma etching (Fig1b) or alternatively, by deposition of the additional layer composed from nanoparticles on top of microspheres.A close-packed layer of PSwith various diameterwas prepared by spin coatingof glass/PDMSsurfacepre-activated by oxygen plasma. Influence of inlet parameters (presence of solvent, acceleration or speed of drying)on quality of surface coverage by PS beads will be presented. Additionally, wetting parameters of structured surfaces and resistance to bacterial colonization compared to a flat surface will be investigated.  

V dnešní době je kladen stále větší důraz na ochranu životního prostředí. Neustále se zpřísňující limity na snížení emisí automobilových výfukových plynů, společně s novými testovacími postupy pro zjišťování emisí a spotřeby paliva WLTP (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedures) a RDE (Real Driving Emissions), nutí výrobce používat neustále sofistikovanější katalytické konvertory, které přeměňují stopy zdraví škodlivých látek, jako je oxid uhelnatý (CO), zbytky nespálených uhlovodíků (HC) a oxidy dusíku (NOx) na zdraví nezávadné plyny (vodu, oxid uhličitý a dusík).  Jednou z uvažovaných možností, jak dosáhnout co nejvyšší konverze škodlivin, je umístění katalyzátoru do místa s vyšším tlakem výfukového plynu (před turbo). Tato práce se zabývá matematickým modelováním vlivu tlaku na konverzi škodlivin v automobilovém katalyzátoru a porovnáním výsledků simulací s experimentálními daty naměřenými v laboratoři. Při zvýšeném tlaku došlo v případě oxidace CO a uhlovodíků k drobnému snížení teploty zapálení, u adsorpce NOx pak k mírnému nárůstu adsorpční kapacity, což je v obou případech žádoucí.  

Ejektor je jednoduché a poměrně bezporuchové zařízení, které je díky absenci jakýchkoliv pohyblivých částí vhodné pro čerpání znečištěných kapalin a plynů, např. suspenzí, kalů, prachů či dýmů, které by v konvenčních zařízení mohly způsobovat zanášení. Principem jeho činnosti je tvorba jemné, velmi dobře míchané, disperze plynu v hnací kapalině, což podporuje intenzivní přestup hmoty mezi plynem a kapalinou. Velmi vysoká hustota mezifázové plochy ve vznikající plynokapalinové směsi umožňuje použití ejektoru jako zařízení pro mechanické nebo chemické čistění plynů a par z průmyslových procesů. Alternativně lze ejektor použít jako velmi účinný chemický reaktor, který si sám přisává reagující plyn. Mimořádné vlastnosti ejektoru jako výměníku hmoty jsou však kompenzovány vysokými energetickými nároky a omezenou databází návrhových dat. Tato práce se zaměřuje na možnosti zvýšení energetické účinnosti ejektoru pro zpracování velkých objemů plynu prostřednictvím mechanického rozrušení paprsku hnací kapaliny. V práci jsou popsány a studovány dvě možnosti rozrušení paprsku: (i) prostřednictvím rotace části kapaliny v paprsku způsobené rotačním tělískem – swirlem; (ii) rozpad paprsku vlivem expanze bublin komprimovaného plynu v trysce.