Studentská vědecká konference

Bipolární desky jsou jednou z nejdůležitějších částí PEM palivových článků, kde plní hned několik důležitých funkcí. Jejich hlavním úkolem je rovnoměrná distribuce vodíku a kyslíku, a odvod vzniklé vody. Dále slouží k vedení proudu mezi jednotlivými články ve svazku, pasivnímu chlazení a fixaci jednotlivých komponent v celém zařízení. Vzhledem k tomu, že většinu hmotnosti, objemu a značnou část cenových nákladů palivového článku tvoří právě bipolární desky, je na jejich mechanické a chemické vlastnosti kladen velký důraz. Jedním z materiálů, který se využívá k jejich výrobě, je polymerní uhlíkový kompozit. Tato práce se zabývá měřením několika klíčových vlastností ovlivňujících funkci komerčně dostupných kompozitních desek. Získaná data poslouží k výběru nejlepších materiálů, které budou použity pro výrobu bipolárních desek, které poslouží ke stavbě svazku o výkonu 200 W.

Práce se zabývá přípravou a charakterizací kompozitních materiálů s obsahem TiO₂ a aktivního uhlí (AC) a jejich aplikací pro fotokatalytické čištění vzduchu. Kompozitní fotokatalyzátory na bázi TiO₂  a aktivního uhlí s výhodou kombinují fotokatalytickou aktivitu TiO₂ a vysokou adsorpční kapacitu aktivního uhlí.  Byly připraveny kompozitní fotokatalyzátory obsahující vysoce aktivní komerční  TiO₂ fotokatalyzátor (P25 Evonik) a tři typy aktivního uhlí lišící se svými texturními vlastnostmi. Fotokatalytická aktivita vrstev kompozitů byla sledována pomocí odbourávání toluenu v průtočném deskovém reaktoru (standardní metoda ISO 22197-3).  Koncentrace toluenu byla stanovena pomocí plynového chromatografu (FID). Kromě vlivu poměru AC/TiO₂  a typu AC na adsorpci a konverzi toluenu způsobenou fotokatalytickou oxidací byl dále sledován vliv mletí AC, předcházející přípravě kompozitu.  

V záujme rozvoja čistých zdrojov energie sa venuje veľká pozornosť vodíku a jeho výrobe z obnoviteľných zdrojov. Jednu z metód predstavuje fotoelektrochemický rozklad vody pomocou slnečného žiarenia, kde významnú úlohu majú nanoštruktúrované materiály. Tie sú využité na prípravu fotoanód a fotokatód. Fotoanódy sú tvorené n – polovodičovými materiálmi, najmä na báze primárnych oxidov Ti, W, Fe, pričom táto práca popisuje prípravu a vlastnosti hematitu, α-Fe₂O₃. Metódou prípravy bola zvolená aerosólová pyrolýza, na sklo s vodivou vrstvou fluórom dopovaného SnO₂. Charakterizácia pripravených vrstiev hematitu sa zameriava na hodnoty fotoprúdov, ako na jeden z hlavných parametrov. Ďalším významným prvkom u pripravených vrstiev hematitu je miera ich fotokorózie v priebehu ožarovania a polarizácie vo vodnom elektrolyte. Významná pozornosť bola preto venovaná pokrytiu hematitových vrstiev ochrannou vrstvou oxidu titánu (TiO₂) a porovnanie ich vlastností s čistými hematitovými vrstvami. Výsledky sú diskutované v závislosti na príprave jednotlivých TiO₂ ochranných vrstiev (sol-gel, sprejová pyrolýza) a type prostredia, v ktorom bola fotoanóda exponovaná.  

Oxid titaničitý je polovodič, který je aktivován světelnou energií. Jeho fotokatalytická aktivita je předmětem rozsáhlého výzkumu směřujícímu k jeho využití v řadě aplikací. Příkladem jsou kryty lamp v dálničních tunelech nebo nátěry obkladů operačních sálů, kde se předpokládá uplatnění samočisticího a antibakteriálního působení TiO₂. Pro zvýšení účinnosti oxidu titaničitého se provádějí různé úpravy nebo modifikace. Jednou z možností je příprava kompozitních fotokatalytizátorů s přídavkem oxidu křemičitého směřující ke zlepšení adsorpčních vlastností. V prezentované práci bylo vytvořeno několik typů suspenzí lišících se dobou a intenzitou mletí obou složek (fotokatalyzátoru a SiO₂) a jejich poměrem. Fotokatalytická aktivita vrstev v kapalné fázi byla hodnocena pomocí oxidace modelového barviva Acid Orange 7.

Oxid titaničitý patří již několik let k nejstudovanějším polovodičovým materiálům v oblasti fotokatalýzy, zejména z důvodu vysoké fotochemické stability a aktivity. Největší pozornost je věnována nanotrubicovým 1D strukturám TiO₂. Předmětem této práce je příprava a optimalizace vlastností nanotrubicových vrstev TiO₂ (TNT) za účelem jejich aplikace jako fotoanod i) v barvivem sensitizovaném solárním článku (DSSC) a ii) pro fotoelektrochemickou oxidaci polutantů ve vodě. Syntéza TNT vrstev probíhala elektrochemickou anodizací titanového substrátu. Pro zlepšení fotoelektrochemických vlastností byly takto vzniklé amorfní oxidické vrstvy podrobeny tepelné a povrchové úpravě. Připravené TNT vrstvy byly charakterizovány pomocí skenovacího elektronového mikroskopu (SEM), rentgenové difrakce (XRD) a měřením fotoproudů ve vodném elektrolytu. Klíčovým parametrem pro účinnost DSSC je míra adsorpce barviva na povrchu TiO₂. Proto byla metodou UV-VIS spektrofotometrie sledována adsorpce modelového barviva N719 ([(cis – bis (isothiokyanato) bis (2,2‘ – bipyridyl – 4,4‘ – dikarboxylato) ruthenium (II))] bis – tetrabutylammonium) na povrchu TNT vrstev a provedeno srovnání s komerčně dostupnou vrstvou TiO₂ částic.

Fotokatalytická aktivita oxidu titaničitého závisí od jeho schopnosti absorbovať žiarenie o vhodnej vlnovej dĺžke za vzniku excitovaného elektrónu a kladne nabitej diery. Vzniknuté elektróny môžu následne reagovať s látkami prítomnými v roztoku a degradovať ich, alebo, čo je častejší prípad, rekombinovať s dierami za uvoľnenia tepelnej energie. Účinnosť fotokatalytickej degradácie teda závisí od životnosti elektrónov, ktorá sa pohybuje v rádoch 10^-9 sekúnd a dá sa zvýšiť napríklad separovaním náboja. Jedným z vhodných spôsobov zvýšenia aktivity oxidu titaničitého je dopovanie uhlíkom. Vo svojej práci som sa zamerala na prípravu kompozitných materiálov na báze oxidu titaničitého s obsahom uhlíku, pričom dôraz bol kladený na veľkosť častíc dopantu. Na zmenšenie častíc aktívneho uhlia bola použitá metóda mokrého mletia, pričom bol sledovaný vplyv mletia na distribúciu veľkosti častíc. Za účelom získania uhlíkových častíc o veľkosti niekoľkých nanometrov bola testovaná elektrochemická metóda prípravy uhlíkových nanobodiek.