ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával
www.chem.elte.hu/pr
Kvíz az előző előadáshoz
Programajánlatok március 20. 16:00 ELTE Kémiai Intézet 065-ös terem Észbontogató (www.chem.elte.hu/pr) Róka András: A folyamatok egymásra épülése március 26. 17:00 ELTE Eötvös terem Atomoktól a csillagokig Tasnádi Péter: Zivatarfelhők (www.atomcsill.elte.hu) március 27. 16:00 ELTE Kémiai Intézet 065-ös terem Észontó (www.chem.elte.hu/pr) Róka András: Reverzibilitás április 2. 17:00 ELTE Eötvös terem Alkímia ma Szepes László: Félúton a szervetlen és a szerves kémia között (www.chem.elte.hu/pr) Honlapajánlat: Resources for Chemistry Educators http://www.chem1.com/chemed/
Hírek
http://index.hu/tech/blog/2009/03/13/ongyogyito_karosszeriat_fejlesztettek_ki_/
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/323/5920/1458
Hírek A Magyar Köztársaság elnöke a Magyar Köztársasági Érdemrend középkeresztje kitüntetést adományozta Orbán Miklós Széchenyi-díjas vegyésznek, az MTA rendes tagjának, az Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar Kémiai Intézete Analitikai Kémiai Tanszéke egyetemi tanárának több évtizedes, nemzetközileg is nagyra becsült tudományos és kutatói munkásságáért, szakmai-közéleti és vegyész-generációkat felnevelő oktatói tevékenysége elismeréseként.
2009. március 19. Elektrokémiai áramforrások fejlesztése (Péter László) Láng Győző: Mitől dobol a játéknyuszi? Elektrokémiai áramforrások Látványos kémiai kísérletek (Róka András)
Péter László
Elektrokémiai áramforrások fejlesztése Egy igazán nagy cég kísérleti fejlesztő részlege a messziről jött ember szemével
Hitachi Kutatólaboratórium 1997. október – 1998. szeptember Hitachi City, Japán
Hol is van Hitachi városa?
Távolság Tokiotól: kb. 150 km Lakosainak száma: kb. 196 000; városi rang: 1939-től. A név eredete: Egy Hitachi nevű bányáról kapta a nevét, ennek anyacégéből nőtt ki a mai Hitachi konszern A Hitachi cég profilja: Erőművi berendezések (víz, nukleáris, gáz, szél), elektronikus eszközök, elektromos fogyasztási cikkek
Hitachi város főutcája a cseresznyevirágzás idején
Egy közeli park a szilvafavirágzás idején
Hitachi városa – hagyomány és modernitás
Néhány jellemző adat: A Hitachi cég egészét tekintve a nyugodt gazdaság időszakában a bruttó bevétel 13,5 %-át fordították kutatás-fejlesztésre. (!!!) 1998. körül ez a mutató kb. 9,5 %-nál állt. 1998-ban a Hitachi cég birtokolta a legtöbb ipari szabadalmat a világon. Hitachi Kutatólaboratórium: 1918. óta működik. Ma kb. 700 alkalmazott, virágkorában mintegy 15-25 külföldi vendégkutatóval. (1998-ban már csak 2-3 külföldi kutató) Az elektrokémiai áramforrások, közöttük is a lítiumion akkumulátorok fejlesztésének fő mozgatórugója: Hordozható számítógépek és telefonok mint fő piaci szegmens. A konkrét fejlesztési projekt indoka: Biztonságos eszközök fejlesztése. Az akkori indoklás szerint a fejlesztési projekt indítását megelőző években világszerte kb. 10 olyan baleset történt, amelyben hordozható számítógép vagy mobiltelefon robbant fel az akkumulátor helytelen működése miatt. A projekt személyi háttere: Több részleg számos csoportjának együttműködése, összesen kb. 30 fő teljes munkaidejében.
Miből is áll egy lítiumion akkumulátor? - Ház (tokozás) - Negatív pólus elektromos hozzávezetése („áramgyűjtő” vezeték) - Negatív pólus elektroaktív anyaga - Az elektródokat elválasztó porózus hártya - Elektrolit oldat: oldószer, oldott ionvegyület - Pozitív pólus elektroaktív anyaga - Pozitív pólus elektromos hozzávezetése („áramgyűjtő” vezeték) - Egyéb járulékos alkatrészek: biztonsági szelep, túltöltés elleni védelem stb. Kompatibilitási kritériumok: „Legyen minden stabil” – spontán reakciók, korrózió és önkisülés kizárása. A fenti felsorolás meglehetősen általános, szinte bármely akkumulátorról elmondható.
Ami egy lítiumion akkumulátorban igazán speciális: - Ház (tokozás) - Negatív pólus elektromos hozzávezetése („áramgyűjtő” vezeték) - Negatív pólus elektroaktív anyaga - Az elektródokat elválasztó porózus hártya - Elektrolit oldat: oldószer, oldott ionvegyület - Pozitív pólus elektroaktív anyaga - Pozitív pólus elektromos hozzávezetése („áramgyűjtő” vezeték) - Egyéb járulékos alkatrészek: biztonsági szelep, túltöltés elleni védelem stb. Negatív pólus: Aprószemcsés széntartalmú (grafit) bevonat az elektromos hozzávezetésen, polimerbe ágyazva. A grafit szénatomokból álló rétegei közé a lítium atomok képesek beépülni. A beépült Li atomok mennyiségétől függően szabályos LiC36, LiC12, LiC6 vegyület alakulhat ki. A lítiumatomok a grafit szénatomjai közötti kötést nem bontják meg, csupán a grafitsíkok egymástól való távolságát növelik meg. A Li atomok mozgékonysága nagy, a Li-C vegyületek elektromos vezetése jó. Elektródreakció: Li+ + e = Li (grafit)
Ami egy lítiumion akkumulátorban igazán speciális: - Ház (tokozás) - Negatív pólus elektromos hozzávezetése („áramgyűjtő” vezeték) - Negatív pólus elektroaktív anyaga - Az elektródokat elválasztó porózus hártya - Elektrolit oldat: oldószer, oldott ionvegyület - Pozitív pólus elektroaktív anyaga - Pozitív pólus elektromos hozzávezetése („áramgyűjtő” vezeték) - Egyéb járulékos alkatrészek: biztonsági szelep, túltöltés elleni védelem stb. Pozitív pólus: Olyan átmenetifém-vegyület, amelyben az átmenetifém oxidációs állapota változhat, pl. Co3+/Co4+, Ni3+/Ni4+, Fe2+/Fe3+, Mn3+/Mn4+. A töltés során az oxidációfok nő, kisütés során csökken. Az elektródreakció Li+ ionok be- vagy kiáramlása során valósul meg: LiCoO2 = Li1-xCoO2 + x Li +x e
Ami egy lítiumion akkumulátorban igazán speciális: - Ház (tokozás) - Negatív pólus elektromos hozzávezetése („áramgyűjtő” vezeték) - Negatív pólus elektroaktív anyaga - Az elektródokat elválasztó porózus hártya - Elektrolit oldat: oldószer, oldott ionvegyület - Pozitív pólus elektroaktív anyaga - Pozitív pólus elektromos hozzávezetése („áramgyűjtő” vezeték) - Egyéb járulékos alkatrészek: biztonsági szelep, túltöltés elleni védelem stb. Oldószer, hagyományosan:
Oldószer, a fejlesztés alapja:
Szerves karbonátok – gyúlékonyak.
Fluorozott éterek – éghetetlenek.
Példák:
Például:
O
O
C
C H3C
O
O
CH3
O
O
CH2-CH2
H3C-O-CF2-CF2-CF2-CF3
Ami egy lítiumion akkumulátorban igazán speciális: - Ház (tokozás) - Negatív pólus elektromos hozzávezetése („áramgyűjtő” vezeték) - Negatív pólus elektroaktív anyaga - Az elektródokat elválasztó porózus hártya - Elektrolit oldat: oldószer, oldott ionvegyület - Pozitív pólus elektroaktív anyaga - Pozitív pólus elektromos hozzávezetése („áramgyűjtő” vezeték) - Egyéb járulékos alkatrészek: biztonsági szelep, túltöltés elleni védelem stb. Oldott ionvegyület, korábban: Egyszerűbb lítiumsók. Hátrány: víz és oxigén hatására bomlanak, HF képződik, amely a bomlást gyorsítja és az akkumulátort károsítja. Példák: LiBF4, LiPF6, LiClO4
Oldott ionvegyület, a fejlesztés alapja: Fluortartalmú, vízre és oxigénre kevéssé érzékeny anyagok. Például: Li [F3C-CF2-SO2-N-SO2-CF2-CF3]
Ami egy lítiumion akkumulátorban igazán speciális: - Ház (tokozás) - Negatív pólus elektromos hozzávezetése („áramgyűjtő” vezeték) - Negatív pólus elektroaktív anyaga - Az elektródokat elválasztó porózus hártya - Elektrolit oldat: oldószer, oldott ionvegyület - Pozitív pólus elektroaktív anyaga - Pozitív pólus elektromos hozzávezetése („áramgyűjtő” vezeték) - Egyéb járulékos alkatrészek: biztonsági szelep, túltöltés elleni védelem stb. Járulékos részek: Az áramvezetékek nem korrodálhatnak; a kész telep nem ereszthet át oxigént és vizet/vízpárát; az akkumulátor elkészítése inert gáz atmoszférában; a pozitív és negatív pólus közötti elektromos szigetelés nem reagálhat az oldószerrel, nem duzzadhat és nem károsodhat a természetes hőterheléstől stb.
A tervtől a megvalósításig Laboratóriumi kísérleti időszak: 3-4 év Félipari megvalósítási próbák: 1-2 év Szabadalmaztatás Piaci bevezetés és gyártás A részletes eredmények megjelenítése a szakirodalomban: Esetleges, és csak akkor történik, amikor az eszköz már régen gyártásban van! (Azaz: évekkel később.)
Egyéb tanulságok Team-munka: Egy új termék rendszerint nem egy konkrét személy hirtelen ötletének gyors megvalósítása, hanem egy nagy műszaki háttérrel rendelkező stáb szorgos hangyamunkájának eredménye – még akkor is, ha ez nem látható. Óvakodjunk hát a világmegváltó önjelölt egyéni feltalálóktól...
Kvíz az előző előadáshoz
