Technologie Nanospider™
společnosti Elmarco
26.05.2010
1
AGENDA
SPOLEČNOST ELMARCO
SVĚT V ROZMĚRU 10-9 m
TECHNOLOGIE NANOSPIDERTM
PRODUKTOVÉ ŘADY
NANOSPIDERTM
VYUŽITÍ A NOVÉ PŘÍLEŽITOSTI
PRO NANOVLÁKNA
26.05.2010
Technologie Nanospider™
2
SPOLEČNOST ELMARCO
Elmarco je první firmou na světě, která
vyrábí a prodává zařízení na výrobu
nanovlákenného materiálu v průmyslovém
měřítku. Základem našeho úspěchu je
spolupráce s předními světovými
průmyslovými podniky a univerzitami.
26.05.2010
Technologie Nanospider™
3
HISTORIE SPOLEČNOSTI ELMARCO
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
V roce 2009 otevřeno nové technologické
centrum v Liberci a další dvě pobočky ve
Spojených Státech a Japonsku
• Zprovozněna první
průmyslová linka
Nanospider™
• Vyvinuta první linka Nanospider™ pro využití
polymerů ředitelných rozpouštědly
• Vyvinut první prototyp laboratorního zařízení Nanospider™
pro vodou ředitelné polymery
• Obdržen certifikát ISO
• Přední dodavatel jednotek pro dávkování chemikálií pro firmu SEZ AG
• Založeno jako výrobce plastových zařízení na zakázku pro polovodičový průmysl
2001
26.05.2010
2002
2003
2004
2005
Technologie Nanospider™
2006
2007
2008
2009
4
POBOČKY SPOLEČNOSTI ELMARCO
Liberec, Česká Republika – Ladislav Mareš, Generální ředitel
Hlavní sídlo firmy, centrum technického vývoje, sídlo výzkumu a vývoje, prodej a výroba zařízení
Raleigh, Severní Karolína/ USA –
Ken Donahue, Generální ředitel
Prodej a servis, řízení výroby a prodeje filtračních
zařízení
26.05.2010
Technologie Nanospider™
Tokio, Japonsko –
Kaz Nomoto, Generální ředitel
Prodej a servis pro Asii a Pacifik
5
STRATEGIE OBCHODU - TECHNOLOGIE
Laboratorní
Základní úroveň
jednotka NS Lab
výzkumu
Laboratorní výzkum
– malé vzorky
26.05.2010
Laboratorní jednotka
– ověřování na
větších vzorcích
– 10 m2 /den
Pilotní linka NS
Zvýšení produkční kapacity z
laboratorní jednotky na
průmyslovou linku
– až do 1000 m2/ den
Technologie Nanospider™
Průmyslová výrobní
linka NS
Průmyslová linka
nastavitelná na
požadovanou výrobní
kapacitu tisíců m²/ den
6
STRATEGIE OBCHODU - PARTNEŘI
ELMARCO
Rozdělení
pravomocí
Partneři z komerční
sféry
Výzkumní partneři
Dodavatelé
VÝVOJ PRODUKTU
26.05.2010
Technologie Nanospider™
7
VÝHODY PRO PARTNERY SPOLEČNOSTI ELMARCO
VÝZKUMNÍ PARTNEŘI
Práce se snadno rozšiřitelnou technologií
Duševní vlastnictví k novým objevům
Nové výrobky
Využití know-how Elmarca
Přístup k vládní či soukromé finanční podpoře
DODAVATELÉ
Urychlený vstup na trh
Snížení technologických rizik
Přístup k pokročilým technologickým znalostem
Prodej nových materiálů
PARTNEŘI Z KOMERČNÍ SFÉRY
Vytváření nových koncových trhů
Komercializace nových materiálů
26.05.2010
Technologie Nanospider™
8
OCENĚNÍ
Společnost Elmarco vyhrála v
roce 2007
v soutěži Nanotech Brief Nano
´50, v kategorii Výrobek 1. místo
za svůj unikátní materiál
Nanospider AntiMicrobeWeb™.
26.05.2010
Technologie Nanospider™
9
NAŠI PARTNEŘI
Partnerské instituce
Technická Univerzita v Liberci (Česká Republika)
http://www.tul.cz
Massachusetts Institute of Technology (USA)
http://web.mit.edu/
North Carolina State University (USA)
http://www.ncsu.edu/
Nonwoven Cooperative Research Center (USA)
http://www.thenonwovensinstitute.com/ncrc/
National University of Singapore (Singapur)
http://www.nus.edu.sg/
Stellenbosch University (Jižní Afrika)
http://www.sun.ac.za/
Akademie věd České Republiky (Česká Republika)
http://www.cas.cz/
Karlova Univerzita v Praze (Česká Republika)
http://www.cuni.cz/
Vysoká Škola Chemicko-Technologická v Praze
(Česká Republika)
http://www.vscht.cz
Kyoto Institute of Technology (Japonsko)
http://www.kit.ac.jp/english/
Tokyo Institute of Technology (Japonsko)
http://www.titech.ac.jp/
Commonwealth Scientific and
Industrial Research Organisation (Austrálie)
http://www.csiro.au/
Cummins Filtration (USA)
http://www.cumminsfiltration.com
26.05.2010
Technologie Nanospider™
10
SVĚT V ROZMĚRU 10-9 m
Nanovlákna, jež se řadí mezi nanomateriály, nabízejí
využití v mnoha oborech. Ve srovnání s mikromateriály
vykazují nanomateriály podstatně dokonalejší vlastnosti
koncového výrobku. Pro jiná odvětví znamenají
nanovlákna skutečnou revoluci v jejich použití a
vlastnostech.
26.05.2010
Technologie Nanospider™
11
ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI NANOVLÁKEN
Minimálně v jednom rozměru velikost menší než 100 nm.
V průmyslovém pojetí se za nanovlákno považuje vlákno o průměru menším
než 1.000 nm.
Velký specifický měrný povrch
Malá velikost pórů – dobrá prodyšnost
Široké spektrum polymerů vhodných ke
zvlákňování
Možnost aditivovat nanovlákenný materiál
Vysoká porozita
Tyto vlastnosti přinášejí možnosti vytvářet
unikátní materiály v následujících
aplikačních oblastech…
26.05.2010
Technologie Nanospider™
12
NANOVLÁKNA: MĚŘÍTKO
Nanovlákna vyrobená
metodou Nanospider™
50, 100 or 200 nm
s = 30%
[   ]
Vlna Merino
12 – 24 mikronů
s = 70 – 90%
Extruzní vlákna
900 nm – 2,000 nm
= 70 – 90%
[Měřítko standardní deviace
extruzních procesů.]
26.05.2010
Měřítko:
1 palec/coul ◄▬►1 mikron = 1,000 nanometrů
Technologie Nanospider™
13
TECHNOLOGIE NANOSPIDER™
Technologie Nanospider™, vyvinutá firmou Elmarco,
umožňuje výrobu nanovláken
v průmyslovém měřítku pro celou řadu použití. Je to
vlastně proces zvlákňování z volné hladiny roztoku
polymeru v elektrickém poli, jenž je podložen již
mnoha patenty.
26.05.2010
Technologie Nanospider™
14
ZVLÁKŇOVÁNÍ NA NANOSPIDER™
PODLE ELMARCO
Charakteristika: vzdálenost
mezi Taylorovými kužely
určena přirozenou cestou.
Charakteristika: rotující
váleček částečně ponořený
v polymerním roztoku
Výhoda: čím vyšší počet
Taylorových kuželů, tím
vyšší produktivita
Výhoda: mechanicky
jednoduchý; snižuje pořizovací
a provozní náklady
Výhoda: lepší
homogenita
nanovlákenné vrstvy
Vysoká produktivita
Snadná údržba
Hospodárný provoz
Prvotřídní kvalita nanovláken
Vysoká bezpečnost
Variabilita produkovaného materiálu
26.05.2010
Technologie Nanospider™
15
MATERIÁLY VYROBITELNÉ
METODOU NANOSPIDER™
Organické polymery
PA6, PA 6/12
Polyaramid
PUR (Polyuretan)
PES (Polyétersulfon)
PVA (Polyvinylalkohol)
PAN, PEO, PS
PVP, PVP-I
26.05.2010
Anorganické materiály
TiO2
SiO2
Al2O3
ZnO
Li4Ti5O12
ZrO2
Technologie Nanospider™
Biopolymery
Želatina
Chitosan
Kolagen
Celulóza
16
TECHNOLOGIE NANOSPIDER™ - SHRNUTÍ
Technologie Nanospider™ je
elektrostatický zvlákňovací proces bez
použití trysek.
20 cm elektroda v laboratorním
zařízení Nanospider™
společnosti Elmarco
26.05.2010
Díky technologii Nanospider™ jsou zaručeny:
Vyšší rovnoměrnost průměru vláken
Vyšší rovnoměrnost nanesené nanovlákenné vrstvy
Nižší pořizovací a provozní náklady
Dva výrobní moduly NS 1600 sériově
zapojené. Každý ze dvou modulů obsahuje
čtyři elektrody o délce 1,6 m
Technologie Nanospider™
17
VÝROBKY NANOSPIDER™
Unikátní technologie Nanospider™, vyvinutá společností
Elmarco, byla navržena tak, aby splňovala všechny
požadavky na výrobu vysoce kvalitních nanovláken k
všestrannému použití. Proto jsou vlastnosti zařízení jako
snadná obsluha, upravitelnost a modulárnost dle přání
zákazníka a flexibilita tak ceněné.
26.05.2010
Technologie Nanospider™
18
VÝROBKY NANOSPIDER™
Výrobní linky
• První průmyslové zařízení na
výrobu nanovláken na světě
• Schopné vyrábět ve 4-modulové
konfiguraci více než 25 mil. m²
nanovlákenné vrstvy z polymeru
PA6 s plošnou hmotností 0,03
g/m² se střední hodnotou průměru
nanovláken 150 nm a odchylkou
průměrů 30%
• Snadné rozšíření daného zařízení
v případě potřeby
26.05.2010
Technologie Nanospider™
19
VÝROBKY NANOSPIDER™
Pilotní linky
• Zařízení na poloprovozní výrobu nanovláken
• Koncept 3 zvlákňovacích hlav
• K dispozici v šířce od 0,5 m do 1,0 m
Laboratorní zařízení
• Špičkové zařízení na
výrobu nanovláken
• Nejvyšší bezpečnost a
kvalita
• Stejné výrobní vlastnosti
jako u výrobních linek NS
26.05.2010
Technologie Nanospider™
• Možná přeměna všech
výrobních procesů na
průmyslovou linku
• Stejné ovládání a
konfigurace jako na
zařízení Nanospider™
20
PERIFERNÍ ZAŘÍZENÍ PRO NANOSPIDER™
Doplňovací vozík (CDSV)
Čistící jednotka
CDSV
• Užívá se k doplňování a
odčerpávání polymeru ze zařízení
• Osm lehce nastavitelných
programů
Čistící jednotka
• Rychlé mytí zvlákňujících
součástek
• Využívá ultrazvukové
čištění v kyselině
26.05.2010
Technologie Nanospider™
Systém pro přípravu
polymeru
Příprava polymeru
• Využívá se pro míchání
roztoku polymerů
• Zahřívací a míchací
jednotka
21
PLÁN VÝROBNÍ HALY
CDSV
Čistící jednotka
2unitová
linka NS
2-unitová linka NS
Navíjecí/ odvíjecí zařízení
26.05.2010
Technologie Nanospider™
22
NANOVLÁKNA A JEJICH UPLATNĚNÍ
Náhrada již existujících produktů bez
obsahu nanovláken
Dodání nových vlastností již
existujícím produktům
Křemíkové solární články
Automobilové filtry
Baterie
Ošetření ran
NANOVLÁKNA
Zcela nová řešení
Zcela nové produkty
Systém distribuce léčiv
Tkáňové inženýrství
26.05.2010
Nové materiály pro stavebnictví – látky,
které vyrábějí a zásobují elektrickou
energii, látky využívané pro tepelné
izolace či se zvukoabsorpčními
vlastnostmi
Technologie Nanospider™
23
OBLASTI VYUŽITÍ „NANO FOR…“
Průmyslové
odvětví
Výhody nanovláken
Využití
Nanofiltrace vody, membránová separace,
iontová výměna:
Voda
26.05.2010
 Čištění odpadních vod
 Odstraňování jedů (těžké kovy, organika)
 Čištění průmyslových vod (iontová výměna)
Technologie Nanospider™




Vysoká efektivita
Rychlý účinek
Selektivita
Nízké náklady/ jednoduché použití
24
OBLASTI VYUŽITÍ „NANO FOR…“
Průmyslové
odvětví
Stavebnictví
26.05.2010
Využití
Výhody nanovláken
 Tepelná a zvuková izolace
 Střešní a fasádní solární panely/kolektory
 Vysoký koeficient absorpce – úspora energie a
materiálu (tenčí stěny/ lehčí konstrukce)
 Čistá výroba energie
 Průhledné i barevné panely – atraktivní achitektura
Technologie Nanospider™
25
OBLASTI VYUŽITÍ „NANO FOR…“
Průmyslové
odvětví
Životní
prostředí
26.05.2010
Využití
Výhody nanovláken
oVzduchové filtry pro domácnosti
oFiltrace pitné vody, odsolování vody
oZvukoabsorpce
oFiltry výfukových plynů
oKatalyzátory
oČištění odpadních vod
oFiltry průmyslových exhalátů
oVysoká efektivita filtrace
oVysoká propustnost – značná úspora energie
oNízké náklady/ jednoduché použití/efektivita
oLehké a efektivní
Technologie Nanospider™
26
OBLASTI VYUŽITÍ „NANO FOR…“
Průmyslové
odvětví
Energie
26.05.2010
Využití
o
o
o
Baterie
Solární články
Palivové články
Výhody nanovláken
Baterie:
o Vysoká výkonnost
o Krátká doba nabíjení (u elektrických
automobilů – podobné jako u čerpání
paliva)
Solární články:
o Levné, transparentní, flexibilní, barevné
o Nevyžaduje přímé sluneční záření
o Vysoká účinnost přeměny energie
Technologie Nanospider™
27
OBLASTI VYUŽITÍ „NANO FOR…“
Průmyslové
odvětví
Využití
Výhody nanovláken
Automotive
oZvukoabsorpce
oFiltry (vzduchový při sání do motoru, palivový,
kabinový, výfukových plynů - pevných částic)
oBaterie pro hybridní a elektrické automobily
oÚčinné a lehké materiály – úspora pohonných látek
oDo motoru je nasáván čistší vzduch a palivo – vyšší účinnost
spalování – méně znečištění
oČistší okolní prostředí jak uvnitř tak i vně automobilu
oRychlejší nabíjení, vyšší kapacita a síla
26.05.2010
Technologie Nanospider™
28
OBLASTI VYUŽITÍ „NANO FOR…“
Průmyslové
odvětví
Využití
Výhody nanovláken
o
o
Zdraví
26.05.2010
o
o
o
o
o
Materiály podporující léčbu ran
Ochranné oděvy
Respirátory
Tkáňové inženýrství
Materiály pro distribuci léčiv
o
o
o
Rychlejší/ účinnější hojení ran
Ochrana zdravotnického personálu před
infekcemi – vyšší účinnost než u
tradičních materiálů
Nanovlákenné struktury odpovídají
tkáňovým strukturám – buňky vyrůstají v
přirozeném prostředí
Biologická rozložitelnost
O mnoho nižší množství léků potřebných ke
stejnému účinku jako při podání klasických
léčiv
Technologie Nanospider™
29
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…K FILTRACI VZDUCHU
HLAVNÍ VÝHODY NANOVLÁKEN VE FILTRAČNÍCH MATERIÁLECH…
 Výrazné zlepšení filtrační účinnosti – nejlepší dosažitelné filtrační
účinky pro submikronové částice
 Nízký počáteční a dlouhodobě neměnný tlakový spád
 Rychlé vytvoření filtračního koláče na povrchu – zamezuje
hloubkové filtraci, která pozvolna zanáší filtry
… ZARUČUJÍ…
 Delší životnost filtru (dvakrát a více) – snadné čištění zpětným
pulsem a nižší mechanické opotřebení
 Nižší energetické náklady – díky nízkému tlakovému spádu a
menšího počtu čistících pulsů během životnosti filtru
 Kratší dobu servisních odstávek – efektivnější filtry lépe ochraňují
a snižují četnost výměn filtrů
 Nižší investiční náklady při použití kompaktních filtračních
systémů
…A MATERIÁLY MOHOU BÝT OPTIMALIZOVÁNY DLE APLIKACÍ
26.05.2010
Technologie Nanospider™
30
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…K FILTRACI VZDUCHU
ÚČINNOST FILTRACE
Filtrační účinnost (%)
bez povláknění
Velikost částic g/m²
26.05.2010
Technologie Nanospider™
31
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…K FILTRACI VZDUCHU
TLAKOVÝ SPÁD
Tlakový spád pro různé nanovlákenné vrstvy při 0,16 m/s stálé rychlosti proudění vzduchu (to odpovídá rychlosti 2,49 m/s ve skládaném
filtru)0
Podkladový
materiál
Plošná hmotnost
g/m²
Průměr NV
Tlak
Účinnost filtrace
(nm)
v (%) při velikosti částic 0.35
µm
Rozdíl oproti čistému
podkladovému materiálu
mm H20
Rozdíl oproti čistému
podklad. materiálu
bez povláknění
nelze aplikovat
11
nelze aplikovat
15.24
nelze aplikovat
0.03
200
23
108%
17.53
15%
0.05
200
50
357%
19.30
27%
0.10
200
70
545%
24.13
58%
0.03
100
44
298%
18.80
23%
0.05
100
81
644%
22.61
48%
0.10
100
95
766%
29.21
92%
Celulóza
Celulóza
Celulóza
Celulóza
Celulóza
Celulóza
Celulóza
26.05.2010
Technologie Nanospider™
32
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…KE ZVUKOABSORPCI
POZOR na rozdíl mezi izolací a absorpcí
Při nárazu na nanovlákenný materiál je energie zvukové vlny přeměněna na teplo
Zvuková izolace absorbuje zvuk pouze minimálně a absorpční materiály jen nepatrně přispívají
zvukové izolaci
Zvuková izolace zabraňuje přenosu zvuku, např. mezi jednotlivými byty v domě a materiály,
jako například beton, slouží jako nejefektivnější zvuková izolace
Jaké parametry jsou u většiny akustických materiálů důležité:
Tloušťka materiálu
Uspořádání vláken
Jemnost vláken, hustota a porozita
Porézní materiály (pěnové vrstvy, atd.), a vlákenné materiály (skelná vata či minerální vata,
atd.), působí jako velmi dobré absorpční materiály. I přesto se jedná o špatné izolátory
zvuku, a proto se zpravidla používají ve spojení s pevnými isolačními materiály zvuku.
26.05.2010
Technologie Nanospider™
33
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…KE ZVUKOABSORPCI
AcousticWeb™ - inovační nanovlákenný materiál pro zvukoabsorpci
Nanovlákenné vrstvy průmyslově vyráběné
Vysoká efektivita zvukoabsorpce díky miniaturním otvorům v nanovlákenné vrstvě
Účinný i pro nízké/ střední frekvence
Široké spektrum modifikací materiálu
Kromě zvukoabsorpce i skvělá tepelná izolace
Konvenční bavlněný
výrobek, 900g/m²/20mm
12-vrstvý AcousticWeb™,
300g/m²/20mm
Tepelně pojený PES
výrobek, 300g/m²/20mm
Frekvence (Hz)
26.05.2010
Technologie Nanospider™
34
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…KE ZVUKOABSORPCI
Tepelné izolační vlastnosti
MATERIÁL
26.05.2010
TLOUŠŤKA (mm)
HUSTOTA (kg/m³ )
POČET VRSTEV
Technologie Nanospider™
TEPELNÁ
VODIVOST
(W/mK)
KOEF.TEPEL.
VODIVOSTI
(W/m²K)
35
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…V SEPARÁTORECH LI-ION BATERIÍ
BĚŽNÝ BATERIOVÝ SEPARÁTOR MÁ URČITÁ OMEZENÍ
Separátory hrají důležitou roli ve všech typech baterií. Jejich hlavní funkce jsou:
Mechanické oddělení kladné a záporné elektrody, což umožňuje snadný tok iontů
Výběr vhodného separátoru je rozhodující pro provozní parametry baterie
Hustota výkonu a energie, rychlost nabíjení baterie a její životnost, bezpečnost
Běžně používané membrány z PP a PE je možné nahradit nanovlákenným separátorem - PVDF, PVDF-HFP a
PAN.
POŽADAVKY NA BATERIOVÉ SEPARÁTORY V LITHIUM-IONTOVÝCH BATERIÍCH
LZE DOCÍLIT POMOCÍ NANOVLÁKEN
Vysoká chemická stabilita – vůči elektrolytu a elektrodovému materiálu
Malá tloušťka – umožňuje zvýšení hustoty energie
Porozita a smáčivost membrány – způsobuje hustotu výkonu
26.05.2010
Technologie Nanospider™
36
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…V SEPARÁTORECH LI-ION BATERIÍ
VÝHODY NANOVLÁKENNÝCH BATERIOVÝCH SEPARÁTORŮ
Morfologii nanovláken lze ovlivnit
Porozita nanovláken je více než 90% - zvyšuje iontovou vodivost
Toto umožňuje vyrobit baterie s vynikajícími parametry.
Vyšší cena nákladů na výrobu nanovlákenné membrány je kompenzována:
nižší spotřebou polymeru, díky nižší plošné hmotnosti membrány
výrazným zvýšením hustoty výkonu baterie
vyšší rychlostí nabíjení
zvýšením životnosti baterie – pomalejší ztrátou kapacity
26.05.2010
Technologie Nanospider™
37
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…V SEPARÁTORECH LI-ION BATERIÍ
VLASTNOSTI SEPARÁTORŮ
Polymer: PAN/PVDF/PVDF-HFP
Plošná hmotnost: 1-5 g/m²
Standardní průměr vlákna: 500 nm
Pevnost v tahu: 100 Mpa
Zachování až 90% kapacity při 2C rychlosti nabíjení
PVDF-HFP nanovlákenná membrána
Zvětšení: 5000 X
Běžný li-ion separátor
Zvětšení: 5000 X
26.05.2010
Technologie Nanospider™
38
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…V ANODÁCH LI-ION BATERIÍ
BĚŽNÉ BATERIOVÉ ANODY MAJÍ URČITÁ OMEZENÍ
Dnes je v lithium-iontových bateriích používáno několik druhů materiálů pro elektrody
Nejběžnější kombinace materiálů – grafitová anoda a LiCoO2 katoda
Grafit vykazuje nežádoucí vlastnosti, které omezují využitelnost baterie
Elektrochemický potenciál lithia je 0,3 V oproti Li/Li+, což vyžaduje elektronickou ochranu proti přebití baterie
Přebití baterie může snadno vést k tvorbě kovového lithia na povrchu anody a vést tak k závažnému poškození
baterie
Inserce lithiových iontů do grafitové mřížky dlouhodobě snižuje nabíjecí kapacitu anody a zkracuje její
životnost
26.05.2010
Technologie Nanospider™
39
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…V ANODÁCH LI-ION BATERIÍ
VÝHODY NANOVLÁKENNÉHO MATERIÁLU V ANODĚ
Titaničitan litný (Li4Ti5O12 nebo LTO) představuje možné řešení problému s grafitem coby anodovým
materiálem. Anodový materiál LTO vykazuje:
Elektrochemický potenciál 1,5 V oproti Li/Li+, který vylučuje riziko přebití baterie a je z tohoto
hlediska absolutně bezpečný
„Zero strain“ - velmi nízká objemová změna během inserce lithia prodlužuje životnost baterie a
zaručuje životnost více než 10,000 nabíjecích cyklů
Rozhodující vlastnosti baterie jsou: specifický měrný povrch, struktura materiálu a vysoká porozita
elektrodového materiálu. LTO vyráběné technologií Nanospider™ vykazuje:
Vysoký měrný povrch, vyšší než 40m2/g
Vysokou porozitu, která zlepšuje povrchovou přístupnost elektrolytu a umožňuje tak zvýšení
rychlosti nabíjení
Vláknitá morfologie LTO umožňuje působí jako drátky v elektrodě a snižuje tak její vnitřní
odpor
26.05.2010
Technologie Nanospider™
40
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…V ANODÁCH LI-ION BATERIÍ
VLASTNOSTI NANOVLÁKENNÉHO
TITANIČITANU LITNÉHO - LTO
Struktura vlákna: polykrystalické
nanovlákno
Krystalická fáze: spinel Li4Ti5O12
Typická velikost krystalů: 50-200nm
Měrný povrch: 40m2/g
Typický průměr vlákna: 50-500nm
Délka vlákna: až stovky mikronů
Fyzikální forma: bílý objemný prášek
Nabíjecí kapacita: 174mAh/g
26.05.2010
Technologie Nanospider™
41
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…V SOLÁRNÍCH ČLÁNCÍCH
V SOUČASNOSTI POUŽÍVANÉ FOTOVOLTAICKÉ TECHNOLOGIE
Solární články na bázi křemíku
Tenkovrstvé solární články (CdTe, CIGS atd.)
Barvocitlivé solární články „Dye-sensitized solar cells“ DSSC (TiO2/dye) – nanovlákna zdokonalují materiál
Vícepřechodové solární články (GaInAs, GaInP atd.)
Organické solární články
Princip DSSC
barvivo
katoda
vstříknutí
vodivá skleněná elektroda
Povrch TiO2 (nanočástice nebo
nanovlákna umístěné mezi dvěmi
sběrnými elektrodami) je potažen
barvivem, které absorbuje široké
spektrum vlnových délek. Při osvícení
barvivo absorbuje fotony a přenáší je do
vrstvy TiO2, která přepraví elektrony přes
vodivou sběrnou elektrodu do
elektrického obvodu.
26.05.2010
elektrolyt
Technologie Nanospider™
max. napětí
redukce
zachycení
oxidace
difuse
42
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…V SOLÁRNÍCH ČLÁNCÍCH
VÝHODY DSSC OPROTI JINÝM TECHNOLOGIÍM
Méně závislé na denním světle – přímé sluneční světlo a umělé osvětlení
Účinnost zařízení je méně citlivá na intenzitě světla
Možné vyrobit i v průhledné formě –
nabízí možnosti k umístění na okna či
budovy
Flexibilita – umožňuje integraci do
přenosných zařízení (automobily,
notebooky…)
Levná výroba – vyrobeno z
nízkonákladových a dobře dostupných
materiálů. Panely DSSC jsou k dostání
za přibližně poloviční cenu než
křemílkové solární panely a v masové
výrobě mohou být až o 70% levnější
Vstupní materiál nevyžaduje vysoký
stupeň čistoty
Vysoký poměr výkonu a ceny
26.05.2010
(Ne)závislost na světelné intenzitě
DSSC
Účinnost směšovače


Monokrystalický Si
článek
Polykrystalický Si
článek
Světelná intenzita
(mW/ cm²)
odpovídá:
noc, déšť
(bez
přímého
světla)
Technologie Nanospider™
oblačno
(slabá slun.
záře)
slunečno,
polojasno
slunečno,
jasno, bez
mraků
43
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…V SOLÁRNÍCH ČLÁNCÍCH
VÝHODY TiO2 NANOVLÁKEN OPROTI TiO2
NANOČÁSTICÍM
 Nanovlákna – téměř lineární dráha jako
přenašeče elektronů – výrazně nižší
ztráty elektronů v materiálu při transportu
 Barvivo na nanovláknech absorbuje
více fotonů (a tedy generuje více elektronů)
– lepší přístupnost světla
 Nanovlákna vložená v modulu DSSC
jsou schopná vyrábět o 25% více energie
než obvyklé moduly DSSC s nanočásticemi
26.05.2010
Technologie Nanospider™
NANOČÁSTICE
NANOVLÁKNA
44
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…PRO FOTOKATALÝZU
PRINCIPY FOTOKATALÝZY
Za přítomnosti katalyzátoru je urychlován průběh fotoreakcí
Při osvětlení povrchu
fotokatalytického
polovodičového
katalyzátoru (jako
např. oxidu
titaničitého TiO2) vznikají radikály, které
následně oxidují a
redukují těkavé
organické nečistoty
(VOC) jako např.
formaldehyd, toluen…
kyslíkový iont
fotoredukce
fotooxidace
hydroxilový radikál
26.05.2010
Technologie Nanospider™
45
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…PRO FOTOKATALÝZU
FOTOKATALYTICKÁ
NANOVLÁKENNÁ MEMBRÁNA
Vysoce propustný vícevrstvý kompozit na bázi
polymerní nanovlákenné struktury jako
nosný materiál pro nano-strukturní
katalyzátor
Nanovlákenné vrstvy udržují katalyzátor uvnitř
a zabraňují jeho úniku, což zaručuje
bezpečné použití fotokatalytické membrány
Vysoká efektivita fotokatalytického rozkladu
VOC ve vzduchu při porovnání s řešeními
používající nepropustný materiál
Navrženo pro užití pro fotokatalytickou úpravu
vzduchu v zařízeních na čištění vzduchu,
od jednoduchých klimatizací až po veliké
budovy a průmyslové systémy
•Skelná netkaná
textilie
•Plošná hmotnost 18
g/m²
26.05.2010
Technologie Nanospider™
• Polym. nanovlákna
vyrobená technologií
Nanospider™
• Plošná hmotnost ,7g/m²
• Průměr vlákna 200-300
nm
• Fotokatalyzátor
(nanoprášek)
• Plošná hmotnost 20 g/m²
• Měrný povrch 45 m²/g
46
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…V IONTOMĚNIČÍCH
BĚŽNÉ IONTOMĚNIČE…
Iontová výměna – výměna iontů mezi pevnou a kapalnou (popř. plynnou) fází
Užití v – čištění, separaci, dekontaminaci
Použití pro – vodné a jiné roztoky obsahující ionty
Typické iontoměniče – funkcionalizované porézní a gelové pryskyřice
Běžné pryskyřice mají relativně nízkou rychlost iontové výměny
IONTOMĚNIČE SE UŽÍVAJÍ…
k úpravě vody
pro čištění vzduchu (stacionární zařízení, plynové masky, respirátory)
k podpoře katalyticky aktivních kovových iontů
v jaderném inženýrství (dekontaminace povrchů)
v analytické chemii (chromatografie)
v biotechnologii (purifikace bílkovin)
26.05.2010
Technologie Nanospider™
47
PROČ POUŽÍVAT NANOVLÁKNA…
…V IONTOMĚNIČÍCH
VÝHODY NANOVLÁKEN V
IONTOMĚNIČÍCH
Kapacita iontové výměny (%)
Rychlejší kinetika – vyšší rychlost
iontové výměny, vysoký styk v
intersticiálním prostoru
Vysoká selektivita – široký okruh
funkčních skupin pro sorpci (Hg,
Cd, U z vody)
Nízký objem, nízká hmotnost –
nízká plošná hmotnost
nanovlákenné membrány
Vysoký stupeň čištění
Kinetika iontové výměny
Nanovlákenný
iontoměnič
Kuličkový
iontoměnič
Čas (s)
26.05.2010
Technologie Nanospider™
48
DOPORUČENÁ ČETBA
Electrospinning and Nanofibers
• Ramakrishna et al.
Science and Technology of Polymer Nanofibers
• Andrady
Handbook of Nonwoven Filter Media
• Hutten
26.05.2010
Technologie Nanospider™
49
DĚKUJI ZA VAŠI POZORNOST
26.05.2010
50
Download

Technologie Nanospider™ společnosti Elmarco