Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice și Izotopice Ramnicu Valcea


Nanostructuri de carbon obtinute prin metoda cresterii prin depunere chimica din faza de vapori (CVD) pentru dispozitive electrochimice de producere a energiei electrice


Obiective

Obiectivul principal al proiectului il reprezinta dezvoltarea, prin metoda prin depunere chimica in faza de vapori (CVD), de materiale carbonice inovatoare de tipul film de grafena, cu un strat sau mai multe (2D) si burete de grafena (3D), pentru realizarea de dispozitive electrochimice de producere a energiei electrice (pile de combustibil si baterii Li-ion) pentru aplicatii portabile (telefoane, laptop-uri, vehicule pe baza de pile de combustibil, hibride si electrice).

Responsabil proiect: Dr. fiz. Daniela Ion-Ebrasu

Faze

Anul 2019

FAZA 1Simularea si modelarea conditiilor de crestere prin CVD a grafenelor 2D
Termen de predare: 15.03.2019
Obiective faza:
– elaborare model matematic aferent procesului de crestere a grafenelor prin CVD;
– raport de cercetare in care sunt prezentate conditiile optime propuse in urma simularii matematice de crestere prin CVD a grafenelor 2D nano-perforate si cu legaturi carbonice (solubilitatea carbonului pe suprafata substratului metalic cu rol catalitic, timpul si temperatura de crestere, grosimea stratului, viteza de racire, etc.) obtinute in urma procesului de simulare si modelare matematica;
– elaborare pagina web.

FAZA 2Obtinerea prin CVD de modele experimentale de grafene 2D cu „grad de imperfectiune” si numar controlat de legaturi carbonice active, precum si caracterizarea fizico-chimica (optica, morfologica, structurala si mecanica)
Termen de predare: 14.08.2019
Obiective faza:
– procedura de obtinere prin CVD de modele experimentale de dimensiune 4 cm2, de grafene nano-perforate, si numar controlat de legaturi carbonice active;
– raport de cercetare privind conditiile experimentale de crestere si caracterizare fizico-chimica (optica, morfologica, structurala si mecanica) de modele experimentale si de grafene cu nano-pori;
– trimiterea pentru publicare a unui articol cu cotatie ISI si participarea la o conferinta internationala.

FAZA 3Modelarea numerica a bateriilor Li-ion cu electrod bazat pe grafena poroasa
Termen de predare: 10.12.2019
Obiective faza:
– dezvoltarea de modele numerice pentru imbunatatirea materialelor si modelelor de electrozi ai bateriilor, precum si elucidarea interactiunilor dintre fenomenele multiple care apar in interiorul bateriilor;
– raport de cercetare referitor la modul in care materialele utilizate pentru electrozii bateriilor vor afecta capacitatea de alimentare, durabilitatea si siguranta bateriei;
– trimiterea pentru publicare a unui articol BDI si participarea la o conferinta internationala si una nationala.

Anul 2020

FAZA 4Dezvoltarea de modele experimentale de grafene cu structura 3D poroasa, prin cresterea prin CVD pe spuma de metale (Ni, Cu), pentru realizarea de electrozi (anod si catod) pentru bateriile Li-ion
Termen de predare: 15.03.2020
Obiective faza:
– elaborare procedura de obtinere prin CVD de modele experimentale, de dimensiune 4 cm2, de structura de grafene 3D;
– raport de cercetare privind parametrii optimi de lucru, in timpul procesului CVD, necesari a se obtine structuri grafenice poroase de sine statatoare si caracterizare fizico-chimica (optica, morfologica, structurala, mecanica);
– trimiterea pentru publicare a unui articol cu cotatie ISI.

FAZA 5Functionalizarea prin dopare cu azot a modelelor experimentale cu structura 2D grafenica si caracterizarea fizico-chimica si electrochimica, realizarea si testarea unei pile de combustibil utilizand membrana cu grafena schimbatoare de protoni si electrozi comerciali pentru anod si catod
Termen de predare: 14.08.2020
Obiective faza:
– elaborare procedura de laborator pentru realizare de membrane schimbatoare de protoni pe baza de grafena;
– raport privind etapele de functionalizare a structurilor grafenice planare nano-perforate si a legaturilor carbonice active, de transfer de pe suprafata metalica si de caracterizare fizico-chimica si functionala (conductivitate electrica si protonica);
– trimiterea pentru publicare a unui articol cu cotatie ISI, participarea la o conferinta internationala;
– trimiterea la OSIM a unui brevet de inventie a procedurii de laborator de realizare de membrane schimbatoare de protoni pe baza de grafena.

FAZA 6Realizarea si testarea unei pile de combustibil utilizand membrana de grafena schimbatoare de protoni si electrozi comerciali pentru anod si catod
Termen de predare: 10.12.2020
Obiective faza:
– elaborare procedura de laborator de realizare si testare a unei pile de combustibil utilizand membrana de grafena schimbatoare de protoni si electrozi comerciali;
– raport de cercetare cu privire la etapele de cercetare a unei pile de combustibil cu membrana schimbatoare de protoni pe baza de grafena si rezultatele obtinute in urma testarii in diferite conditii de exploatare;
– trimiterea pentru publicare a unui articol cu cotatie ISI, a unui articol BDI, participarea la o conferinta internationala si la o conferinta nationala.

Anul 2021

FAZA 7Functionalizarea prin dopare cu azot si oxizi ai metalelor tranzitionale (Fe2O3, Co3O4, SnO2) a modelelor experimentale de spuma de grafena 3D si utilizarea lor ca electrozi/colectori de curent pentru anodul si, respectiv, catodul bateriei Li-ion
Termen de predare: 15.04.2021
Obiective faza:
– elaborare procedura de realizare de electrozi pentru bateriile Li-ion cu suport de grafena poroasa;
– raport de cercetare cu privire la etapele de realizare de electrozi pentru bateriile Li-ion cu suport de grafena poroasa;
– trimiterea pentru publicare a unui articol cu cotatie ISI;
– trimiterea la OSIM a unui brevet de inventie a procedurii de realizare de electrozi pentru bateriile Li-ion cu suport de grafena poroasa.

FAZA 8Dezvoltarea, caracterizarea si evaluarea performantelor unei baterii experimentale folosind electrozii pe baza de grafena 3D functionalizata
Termen de predare: 15.09.2021
Obiective faza:
– elaborare procedura de ansamblare a modelelor experimentale de baterii folosind electrozii pe baza de grafena 3D functionalizata;
– raport de cercetare la etapele de realizare si de testare a bateriilor noi concepute;
– trimiterea pentru publicare a unui articol cu cotatie ISI, participarea la o conferinta internationala.

FAZA 9Obtinerea prin metoda CVD de membrane grafenice functionalizate schimbatoare de protoni, cu suprafata de 100 cm2
Termen de predare: 10.12.2021
Obiective faza:
– elaborare tehnologie de obtinere, prin metoda CVD, de membrane grafenice functionalizate schimbatoare de protoni, cu suprafata de 100 cm2;
– raport de cercetare in care vor fi descrise toate etapele de realizare, prin metoda CVD, de membrane grafenice functionalizate schimbatoare de protoni, cu suprafata de 100 cm2;
– trimiterea pentru publicare a unui articol cu cotatie ISI, participarea la doua conferinte internationale si la o conferinta nationala.

Anul 2022

FAZA 10Realizarea, testarea si validarea, la nivel de laborator, a unui concept inovativ de pila de combustibil cu membrana de grafena schimbatoare de protoni si electrozi comerciali
Termen de predare: 15.03.2022
Obiective faza:
– elaborare concept inovativ de pila de combustibil cu membrana conductoare de protoni pe baza de grafena, care va fi apoi testat si validat in laborator (TRL4);
– protocol de testare a pilei de combustibil;
– elaborare raport de cercetare cu descrierea tuturor etapelor de fabricare a pilei de combustibil si de testare;
– trimiterea pentru publicare a unui articol cu cotatie ISI;
– trimiterea unui brevet de inventie atat la OSIM, cat si la European Patent Office (EPO).

FAZA 11Realizarea de electrozi porosi (anod si catod) pe baza de grafena 3D, obtinuta prin CVD, pentru bateriile Li-ion cu dimensiuni de 80-100 cm2 si caracterizarea lor morfo-structurala si electrochimica
Termen de predare: 15.07.2022
Obiective faza:
– elaborare tehnologie pentru realizarea de electrozi pe baza de grafena 3D functionalizata, cu dimensiune de 80-100 cm2;
– raport de cercetare in care vor fi descrise toate etapele de realizare de electrozi;
– trimiterea pentru publicare a unui articol cu cotatie ISI, participarea la o conferinta internationala.

FAZA 12Realizarea, testarea si validarea conceptului inovativ, la nivel de laborator, concept inovativ de baterie Li-ion pe baza de grafena poroasa cu o baterie de referinta
Termen de predare: 15.11.2022
Obiective faza:
– elaborare concept inovativ, la nivel de laborator (TRL4), de baterie Li-ion, testat si validat in laborator (TLR4);
– protocol de testare a bateriei;
– raport de cercetare in care vor fi descrise toate etapele de fabricare si de testare;
– trimiterea pentru publicare a unui articol cu cotatie ISI, a unui articol BDI, participarea la doua conferinte internationale si la o conferinta nationala;
– trimiterea unui brevet de inventie atat la OSIM cat si la European Patent Office (EPO).

© 2019 I.C.S.I. Rm. Vâlcea 

 

Prin accesarea site-ului nostru sunteți de acord cu utilizarea cookie-urilor, ceea ce ne permite să analizăm preferințele și să vă propunem servicii personalizate adaptate nevoilor dumneavoastră.