Modellierung und Simulation Primärer Zink-Luft-Knopfzellen

Primäre Zink-Luft-Knopfzellen werden bereits erfolgreich in Hörgeräten eingesetzt. Für Anwendungen in portablen Geräten, sowie im Rahmen der Elektromobilität und der Energiewende, werden allerdings elektrisch wiederaufladbare Energiespeicher benötigt, weshalb an sekundären Zink-Luft-Zellen geforscht wird. Diese haben allerdings zum aktuellen Stand der Forschung noch eine sehr geringe Lebensdauer. In dieser Arbeit stellen wir ein thermodynamisch konsistentes, eindimensionales Modell für die Transportvorgänge in Zink-Luft-Knopfzellen, unter Berücksichtigung der Reaktionen und porösen Elektroden, auf. Die Modellgleichungen diskretisieren wir mit der Finite-Volumen-Methode und implementieren diese in Matlab und erhalten so eine Simulation der Zelle. Wir rechtfertigen unsere Ortsdiskretisierung durch eine Fehlerabschätzung, die auf Dreiecksgittern auch in zwei Dimensionen gilt. Die Zeitschritte berechnen wir mit dem Solver ode15i. Um dieses Verfahren numerisch zu validieren, berechnen wir die experimentelle Konvergenzordnung an Hand der Wärmeleitungsgleichung als Testproblem. Wir untersuchen das Entladeverhalten von Zink-Luft-Knopfzellen bei konstanter Stromstärke experimentell und vergleichen die Resultate mit denen unserer Simulation. Durch die Analyse der Ergebnisse erhalten wir einen guten Einblick in die Prozesse beim Entladevorgang in der Batterie. Außerdem untersuchen wir die Selbstentladung der Zelle durch die Wechselwirkung mit Kohlendioxid aus der Luft experimentell und führen eine entsprechende Simulation durch. Die Ergebnisse stimmen qualitativ gut überein und liefern eine Aussage über die Lebensdauer der Zelle

Fuel cell and vehicles

V této práci je přiblížen historický vývoj palivového článku, popis jeho konstrukce a funkce, včetně porovnání výhod a nevýhod v současnosti nejčastěji používaných typů. Další část se věnuje problematice paliv pro palivové články, jejich výrobě, distribuci a skladování. Poslední kapitoly se věnují automobilu s palivovými články, projektům jednotlivých automobilek a vlastnímu hodnocení jednotlivých systémů palivových článků.In the first part of this work a historical development of fuel cell, description of its construction and function including a comparison of currently used fuel cells is presented. The next part of this work is focused on fuel for fuel cells, its production, distribution and storage. The last chapters are dealing with fuel cell automobile, project of particular car companies and author´s assessment of individual fuel cell systems.

A fuel cell, as an alternative source of electricity

Práce se zabývá palivovými články, jejich principem činnosti a rozdělením. Dále je představena možnost využití zemního plynu jako paliva pro palivové články. V závěru jsou uvedeny hlavní výhody a nevýhody v porovnání s jinými zdroji elektrické energie.The work deals with fuel-cell their activities and the principle of division. It presented the possibility of using natural gas as a fuel for fuel cells. At the end of the work are written main advantages and disadvantages compared with other sources of electricity.

Examination of temperature changes in lead-acid battery system

V současné době se stále častěji mluví v automobilovém průmyslu o hybridních elektrických vozidlech. Provoz těchto hybridních automobilů zajišťuje zdroj energie. Tento zdroj je zastoupen akumulátorem. Při činnosti akumulátoru můžeme pozorovat teplotní změny. Tato práce se zabývá používanými druhy akumulátorů pro hybridní elektrická vozidla a zkoumáním teplotních změn při různých režimech jejich provozu.In the automobile industry is always more often talking about hybrid electric vehicles at the present. Functioning of these hybrid automobiles is provided by source of energy. This source is represented by accumulator. When accumulator is working we can see temperature changes. This project is dealing with used types of accumulators for hybrid electric vehicles. In the second phase is dealing with enquiring of temperature changes during different modes of operating.

Modelling of organic electrochemical transistors

Tématem práce je tvorba virtuálního modelu elektrického pole kruhového organického elektrochemického tranzistoru (OECT) a následné srovnání vypočítaných hodnot s reálným systémem rotačně symetrických elektrod. Rozložení potenciálu v tranzistoru bylo modelováno pomocí metody konečných prvků a ze získaných výsledků bylo určeno rozložení intenzity elektrického pole a proudového pole. Následně bylo provedeno kontrolní mapování potenciálového pole v reálném systému hliníkových elektrod, ponořených do vody. V práci je uveden model elektrického pole OECT s dosud neobvyklým kruhovým uspořádáním. Model musel být z důvodu nedostatečné výpočetní kapacity značně zjednodušen. Výsledky kontrolního experimentu souhlasí s vypočítanými hodnotami i přes značné zjednodušení. Odchylky výstupní charakteristiky modelu od výsledků reálného OECT byly způsobeny zjednodušením modelu oproti skutečnosti.The topic of this work is the making of a virtual model of a circular organic electrochemical transistor (OECT) and its electric field, and comparison of the computed results to a real system of rotationally symmetrical electrodes. The electric potential field in the transistor was modelled using the finite element method and the electric field and current field were determined using the results. Later, the electric potential field was mapped in a real system of aluminium electrodes, submerged in water. The electric field model of an unusually configured circular OECT is presented in this work. Due to insufficient computing capacity, the model had to be significantly simplified. The computed results agree with the experimentally determined potential field despite the simplification. The deviations of the model output characteristic from real OECT characteristic were caused by simplifying the model in respect to reality.

TiO2 nanoporous surfaces and their properties

Tato práce je zaměřena na návrh výroby nanostrukturovaných povrchů z oxidu titaničitého a využití fotokatalytické aktivity těchto povrchů k antimikrobiálním aplikacím. Práce je rozdělena do 9 základních kapitol, v nichž je provedena literární rešerše procesu výroby těchto povrchů, principu fotokatalýzy a jejich typických specifik. Tyto teoretické poznatky jsou poté využity k vytvoření takových vrstev, analýze jejich chemických a fyzikálních vlastností a praktickému ověření jejich antimikrobiální aktivity. Dále jsou v této práci experimentálně ověřeny postupy zajišťující zvýšení této antimikrobiální aktivity. Výsledky a získané poznatky jsou diskutovány v závěru práce.This thesis is focused on creation nanostructured surfaces of titanium dioxide and the use of photocatalytic activity of these surfaces for antimicrobial applications. The work is divided into nine main chapters, in which the literature search for producing these surfaces, the principle of photocatalysis and their typical specifics was made. These theoretical findings are then used to form such layers, analyzing their chemical and physical properties and practical verification of their antimicrobial activity. This work experimentally verified processes to ensure the increase of antimicrobial activity. The results and findings are discussed in the conclusion.

Gel polymer electrolytes with high fire safety

Tato práce se zabývá problematikou přípravy gelových polymerních elektrolytů na bázi PMMA a sulfolanu s vyšší požární bezpečností a vysokou iontovou vodivostí. Teoretická část pojednává o elektrolytech pro Li – ion akumulátory, požárních zkouškách polymerů, retardaci proti hoření a vodivostních měřeních. V praktické části hodnotím vlastnosti připravených gelů a na základě výsledků těchto experimentů navrhuji nové postupy výroby elektrolytů.This work deals with preparation of PMMA based gel polymer electrolytes with high fire safety and high ionic conductivity. In the theoretical part of the work GPEs for Li – ion accumulators, fire safety tests, fire retardants are mentioned. Preparation of GPEs, electrical and other properties are described in the experimental part. Furthermore, new possible methods of gel preparation are discussed.

Organic electronics for biosensors

V úvodní části se pojednává o organických tenkovrstvých tranzistorech a jejich možném využití jako chemických a biologických senzorů. Střední část pojednává o elektrických vlastnostech zařízení OECT v přechodném ději a ustáleném stavu a potenciálním využití OECT zařízení pro sledování buněk. Závěrečná experimentální část se zabývá vlivem teploty, stárnutí, prostředí elektrolytu a geometrie na funkci OECT zařízení.In the first part are discussed the organic thin-film transistors and their possible use for chemical and biological sensors. Middle section discusses the electrical properties of OECT device in steady-state and transient behaviour and potential use of OECT for cell monitoring. The final experimental part deals with influence of temperature, aging, electrolyte environment and geometry on the function of OECT device.