Vedoucí: doc. Ing. Petr Bača, Ph.D.

Úsilí výzkumníků se soustřeďuje na výzkum a vývoj elektrochemických zdrojů energie, mezi které patří především olověné, lithium-iontové, sodno-iontové a lithium-sirné akumulátory. Na základě rozsáhlých zkušeností a odborných znalostí v oblasti výzkumu baterií stojí skupina za řadou publikací, projektů a patentů. Skupina se zabývá výzkumem bateriových systémů od základního materiálového výzkumu (výzkum a syntéza materiálů, testování laboratorních vzorků baterií buď s našimi materiály nebo materiály dodávanými komerčními subjekty (aktivní materiál, pojiva, elektrolyty, separátory)) přes testování komerčních baterií (SLI, úložiště, vesmírné aplikace) až po recyklaci baterií, vše doplněné matematickým modelováním a simulacemi jak na elektrochemické, tak komerční úrovni článků a predikcí degradace.

Jedním ze stabilních cílů je rozšíření spolupráce s výzkumně orientovanými a komerčními partnery na národní i mezinárodní úrovni: Skupina pořádá každoroční mezinárodní konference, jmenovitě ABAF (Advanced Batteries, Accumulators and Fuel Cells) a NZEE (Nekonvenční zdroje elektrické energie), které podporují obnovitelné zdroje energie a různé přístupy ke skladování a zpracování energie.

Hlavní 4leté výstupy

• patent č. US 11,824,191B2, ALKALI AND/OR ALKALINE EARTH ION-SULFUR BATTERY, související s Ion - S bateriemi
• spoluzakladatel Czech Battery Cluster
• CAPKOVÁ, D.; ALMÁŠI, M.; KAZDA, T.; ČECH, O.; KIRÁLY, N. et al. Metal-organic framework MIL-101(Fe)–NH2 as an efficient host for sulphur storage in long-cycle Li–S batteries. Online. Electrochimica Acta. 2020, roč. 354. ISSN 00134686. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.136640
• INTER-EXCELLENCE – Inter transfer (LTT19001) - Projekt byl zaměřen na Na-ion a Li-S baterie a také měl za cíl prohloubit spolupráci v těchto oblastech s INL Braga, Portugalsko.

Vedoucí: doc. Ing. Jiří Vaněk, Ph.D.

Činnost skupiny je zaměřena jak na základní výzkum a vývoj, tak i na spolupráci s průmyslem v oblasti fotovoltaických článků a modulů. V rámci primárního výzkumu se vědci zabývají výzkumem a vývojem fotovoltaických článků a modulů. Aplikační výzkum obrací svou pozornost na eliminování degradačních vlivů na fotovoltaické moduly a jejich recyklaci. Diagnostickou částí výzkumné skupiny je pak rozvíjení diagnostických metod k analyzování článků a modulů v laboratoři. Praktické ověření vlastností FV systémů a úložišť elektrické energie umožňuje polygon fotovoltaiky a elektromobility.

Hlavní 4leté výstupy

• VANĚK, J.; JANDOVÁ, K.; VANÝSEK, P.; MAULE, P. Chemical Delamination Applicable to a Low-Energy Recycling Process of Photovoltaic Modules. Processes, 2023, roč. 11, č. 11, s. 1-13. ISSN: 2227-9717.
• JANDOVÁ, K.; STRAŇÁK, R. Design and optimization of solar-powered irrigation system. In Journal of Physics: Conference Series. Journal of Physics: Conference Series. Institute of Physics, 2022. ISSN: 1742-6596.
• VANĚK, J.; MAULE, P.; JANDOVÁ, K.; LANGER, F. Determination of the Best Working Conditions for the Recycling of Solar Modules. In ECS Transaction. ECS Transaction. 1. USA: ECS - The Electrochemical Society, 2021. s. 281-289. ISSN: 1938-6737.

Vedoucí: prof. Ing. Lubomír Grmela, CSc.

Laboratoř je vybavena elektronovým mikroskopem Tescan LYRA a rastrovacími mikroskopy AFM a SNOM (NT-MDT). Vědci se zde zabývají mikroskopickou inspekcí povrchů a materiálů včetně analýzy prvků. Pomocí iontového svazku dochází k mikroskopickému obrábění a modifikaci povrchů.

Nejvýznamnější výstupy, kterých skupina dosáhla za poslední 4 roky:

• GAJDOŠ, A.; ŠKARVADA, P.; ŠKVARENINA, Ľ. Charakterizace a izolace defektů monokrystalických křemíkových solárních článků na mikroskopické úrovni. Elektrorevue - Internetový časopis (http://www.elektrorevue.cz), 2018, roč. 20, č. 1, s. 14-18. ISSN: 1213-1539.
• TALU, S.; MOROZOV, I.; SOBOLA, D.; ŠKARVADA, P. Multifractal Characterization of Butterfly Wings Scales. BULLETIN OF MATHEMATICAL BIOLOGY, 2018, č. 10, s. 1-15. ISSN: 0092-8240.
• BAI, Y.; TOFEL, P.; HADAŠ, Z.; SMILEK, J.; LOŠÁK, P.; ŠKARVADA, P.; MACKŮ, R. Investigation of a cantilever structured piezoelectric energy harvester used for wearable devices with random vibration input. MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING, 2018, roč. 106, č. 106, s. 303-318. ISSN: 0888-3270.

Vedoucí: Ing. Alexandr Otáhal

Náš tým se věnuje výzkumu technologií pro moderní hardware v oblastech miniaturizace spojů (bezolovnaté pájení), kontaktování polovodičových čipů a jejich pouzdření (pouzdra typu BGA, MCM, SoP, BoB apod.), čištění desek plošných spojů včetně podílu na vývoji čistících zařízení z pohledu ekologie. Kromě toho vyvíjíme celou řadu aplikací, jako například termodynamickou senzoriku, vícevrstvé struktury s vnořenými pasivními součástkami, nebo vývoj nových depozičních metod.

Nejvýznamnější výstupy, kterých skupina dosáhla za poslední 4 roky:

• Skleněné substráty využívané ke zjišťování aktivity mycího média určeného pro čištění desek plošných spojů – patent, který je již komercializován a využíván v praxi.
• Přímo vyhřívaná šablona pro znovuvytvoření kulových pájkových vývodů u elektronických pouzder BGA – patent, který je již komercializován a využíván v praxi.
• Zařízení pro dispenzní tisk s velmi vysokým rozlišením – patent, který je již komercializován a využíván v praxi.
• Pájecí stanice pro pájení za sníženého tlaku a s ochrannou atmosférou.

Vedoucí: doc. Ing. Jaromír Hubálek, Ph.D.

Webové stránky skupiny: http://www.umel.fekt.vut.cz/labsensnano/

Výzkumná skupina se zaměřuje na využití mikro- a nanotechnologií v senzorice i ve vývoji miniaturních senzorů různých veličin. Vyvíjíme mikrosenzory fyzikálních i chemických veličin založené na nanočásticích nebo nanostrukturách, mikroelektrody se zvýšenou citlivostí pro elektrochemické senzory a biosenzory a také celé analyzátory včetně těch na mikrofluidice založené. Zabýváme se i moderními technikami diagnostiky a následné analýzy látek, které najdou své uplatnění v medicíně.

Nejvýznamnější výstupy, kterých skupina dosáhla za poslední 4 roky:

• Fohlerova, Z., et al. Rapid Characterization of Biomolecules’ Thermal Stability in a Segmented Flow-Through Optofluidic Microsystem. Sci Rep (2020),10, 6925. https://doi.org/10.1038/s41598-020-63620-5
• Chmela O, et al. Selectively arranged single-wire based nanosensor array systems for gas monitoring. Nanoscale (2018),10: 9087-96. https://doi.org/10.1039/c8nr01588k096.
• Setka, M., eta al., Cadmium telluride/polypyrrole nanocomposite based Love wave sensors highly sensitive to acetone at room temperature. Sensors and Actuators B (2020) 321: 128573. https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128573
• Vallejos, S., et al., Highly hydrogen sensitive micromachined sensors based on aerosol-assisted chemical vapor deposited ZnO rods. Sensors and Actuators B, (2018) 268, 15-21. https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.04.033
• Pekarek, Jan et al., Self-compensating method for bolometer–based IR focal plane arrays. Sensors and Actuators A (2017) 265, 40-46. https://doi.org/10.1016/j.sna.2017.08.025

Vedoucí: Ing. Pavel Škarvada, Ph.D.

Za pomoci AFM a SEM mikroskopie a interferometrie zkoumáme nedestruktivním, bezkontaktním způsobem povrchy materiálů. Hlavními cíli naší skupiny je získávání topografie, lokální spektroskopie a fluorescence polovodičových povrchů.

Nejvýznamnější výstupy, kterých skupina dosáhla za poslední 4 roky:

• Analýza lomových ploch, Česká zbrojovka.
• Analýza svárů elektromagnetů, IMI precision.
• TALU, S.; SOBOLA, D.; SOLAYMANI, S.; DALLAEV, R.; BRÜSTLOVÁ, J. Scale-dependent Choice of Scanning Rate for AFM Measurements. In DEStech Transactions on Computer Science and Engineering. DEStech Transactions on Computer Science and Engineering. EStech Transactions on Computer Science and Engineering, 2018. s. 453-459. ISBN: 978-1-60595-065-5. ISSN: 2475-8841.
• ŢĂLU, Ş.; PAPEŽ, N.; SOBOLA, D.; ACHOUR, A.; SOLAYMANI, S. Micromorphology investigation of GaAs solar cells: case study on statistical surface roughness parameters. JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE- MATERIALS IN ELECTRONICS, 2017, roč. 28, č. 15, s. 1-12. ISSN: 0957-4522.
• GARCZYK, Ż.; STACH, S.; TALU, S.; SOBOLA, D.; WRÓBEL, Z. Segmentation of Three-Dimensional Images of the Butterfly Wing Surface. In Information Technology in Biomedicine. Advances in Intelligent Systems and Computing. 1. Springer, Cham, 2018. s. 111-121. ISBN: 978-3-319-91211-0. ISSN: 2194-5357.

Vedoucí: Ing. Tomáš Kříž, Ph.D.

Zabýváme se modelováním elektromagnetických polí v nízkofrekvenční i vysokofrekvenční oblasti, řešíme teplotní úlohy včetně proudění a sdružené (elektromagnetické + teplotní) úlohy. V nízkofrekvenční oblasti se zaměřujeme na řešení úloh v kvazistacionárním nebo harmonickém ustáleném stavu (elektromagnety, aktuátory, senzory nebo upínací systémy) a také na řešení přechodných dějů v komponentech nebo zařízeních. Ve vysokofrekvenční oblasti se věnujeme návrhu planárních struktur, budících cívek využívaných ve spektroskopii nebo návrhem sedlových cívek používaných v nukleární magnetické rezonanci. U teplotních výpočtů řešíme oteplení zařízení vlivem Joulových nebo elektromagnetických ztrát a jejich chlazení, přenosem tepla z pevných struktur do kapalin nebo plynů (tepelné výměníky, ohřívače vody).

Nejvýznamnější řešené projekty:

• Zpracování analýzy a posudku EMC vícečlánkové nízkopodlažní tramvaje 35T – Chemnitz, zahájení: 26.03.2018, ukončení: 14.12.2018
• GA17-00607S, Komplexní umělé elektromagnetické struktury a nanostruktury, zahájení: 01.01.2017, ukončení: 31.12.2019

Nejvýznamnější výsledky publikační činnosti:

• ZUKAL, J.; SZABÓ, Z.; KŘÍŽ, T.; KADLEC, R.; DĚDKOVÁ, J.; FIALA, P. A Robust Generator-Harvester for Independent Sensor Systems. Applied Sciences - Basel, 2024, roč. 14, č. 3, s. 1-16. ISSN: 2076-3417.
• DREXLER, P.; NEŠPOR, D.; KADLEC, R.; KŘÍŽ, T.; NEBOJSA, A. Simulation and Characterization of Nanostructured Electromagnetic Scatterers for Information Encoding. Electronics (MDPI), 2022, roč. 11, č. 20, s. 1-12. ISSN: 2079-9292.
• HANZELKA, M.; DAN, J.; FIALA, P.; DOHNAL, P. Human Psychophysiology Is Influenced by Low-Level Magnetic Fields: Solar Activity as the Cause. Atmosphere, 2021, roč. 12, č. 12, s. 1-10. ISSN: 2073-4433.
• DREXLER, P.; FIALA, P.; KADLEC, R.; LONDÁK, P.; MÁDROVÁ, T.; KLÍMA, M.; ZUKAL, J. Numerical modeling and experimental verification of a low fluid flow inductive flowmeter. FLOW MEASUREMENT AND INSTRUMENTATION, 2021, roč. 78, č. 1, s. 1-12. ISSN: 0955-5986.
• ZUKAL, J.; FIALA, P.; SZABÓ, Z.; DĚDKOVÁ, J.; PERNICA, R. Coupled Numerical Model of Vibration-Based Harvester. Applied Sciences - Basel, 2020, roč. 10, č. 8, s. 1-25. ISSN: 2076-3417.
• SZABÓ, Z.; FIALA, P.; ZUKAL, J.; DĚDKOVÁ, J.; DOHNAL, P. Optimal Structural Design of a Magnetic Circuit for Vibration Harvesters Applicable in MEMS. Symmetry, 2020, roč. 12, č. 1, s. 1-18. ISSN: 2073-8994.

Vedoucí: prof. Ing. Pavel Koktavý, CSc., Ph.D.

Laboratoř se zabývá nedestruktivní diagnostikou elektronických součástek, senzorů, elektroizolačních a stavebních materiálů. Naši vědci využívají sledování transportních a fluktuačních procesů, dále pak metod akustické a elektromagnetické emise.

Nejvýznamnější výstupy, kterých skupina dosáhla za poslední 4 roky:

• Návrh a realizace autonomního zařízení pro terénní sběr dat elektromagnetické emise pro sledování procesů v horninách.
• Detekce volných částic v kovových vzorcích v průběhu výrobního procesu s využitím akustické emise.
• ŠKVARENINA, Ľ.; MACKŮ, R. Noise and optical spectroscopy of single junction silicon solar cell. METROL MEAS SYST, 2018, vol. 25, no. 2, p. 303-316. ISSN: 0860-8229.
• TRČKA, T.; MACKŮ, R.; KOKTAVÝ, P.; ŠKARVADA, P.; BAROŇ, I.; STEMBERK, J. Field Measurement of Natural Electromagnetic Emissions near the Active Tectonic and Mass-Movement Fractures in Caves. Solid State Phenomena, 2017, vol. 258, no. 1, p. 460-464. ISSN: 1662-9779.
• MACKŮ, R.; KOKTAVÝ, P.; SEDLÁK, P.; SMULKO, J.; TRAWKA, M. Analytical fluctuation enhanced sensing by resistive gas sensors. Sensors and Actuators B: Chemical, 2015, vol. 2015, no. 213, p. 390-396. ISSN: 0925-4005.

Vedoucí: doc. Ing. Petr Vyroubal, Ph.D.

Naše výzkumná skupina je zaměřena primárně na úzkou spolupráci s firmami při návrhu a optimalizaci nejen elektronických zařízení a komponent.

Máme mnohaleté zkušenosti s modelováním a věnujeme se:

• Vedení, proudění a sálání tepla (zdrojem může být elektrické nebo elektromagnetické pole)
• Vliv teploty na struktury (tepelná roztažnost těles)
• Proudění v nízkých a vysokých tlacích
• Modelům baterií (zejména Li-Ion), dimenzování a chlazení packů
• Empirickým a semi-empirickým modelům stárnutí baterií
• Data driven modelům a systémům

V posledních letech máme významné spolupráce se Space průmyslem, v oblasti počátečního termálního návrhu satelitů a cubesatů.

Novou oblastí, kterou se zabýváme jsou tzv. data-driven modely, systémové simulace a digitální dvojčata.

Nejvýznamnější řešené projekty

• Konverze a skladování energie_Eco&Stor, zahájení: 01.01.2024, ukončení: 31.12.2027
• Secondary use of EV-batteries for Energy Storage (SEVES), zahájení: 01.06.2022, ukončení: 31.12.2022

Nejvýznamnější výsledky publikační činnosti

• VYROUBAL, P.; MAČÁK, M.; KAZDA, T.; SEDLAŘÍK, M. FLUENT model for simulating cyclic voltammetry in electrochemistry. Monatshefte fu¨r Chemie, 2024, roč. 154, č. 12, ISSN: 1434-4475.
• MAČÁK, M.; VYROUBAL, P.; KAZDA, T.; CAPKOVÁ, D.; MAXA, J. Numerical Modelling of Discharging the Lithium-Sulphur Batteries in Ansys Fluent. Advances in Military Technology, 2022, roč. 17, č. 2, s. 163-177. ISSN: 1802-2308.
• MAXA, J.; ŠABACKÁ, P.; JAN, M.; NEDĚLA, V.; BINAR, T.; BAČA, P.; TALÁR, J.; BAYER, R.; ČUDEK, P. The Impact of Nozzle Opening Thickness on Flow Characteristics and Primary Electron Beam Scattering in an Environmental Scanning Electron Microscope. SENSORS, 2024, roč. 24, č. 7, s. 1-27. ISSN: 1424-8220.
• GABLECH, I.; BRODSKÝ, J.; VYROUBAL, P.; PIASTEK, J.; BARTOŠÍK, M.; PEKÁREK, J. Mechanical strain and electric-field modulation of graphene transistors integrated on MEMS cantilevers. Journal of Materials Science, 2022, roč. 57, č. 3, s. 1923-1935. ISSN: 0022-2461.

Vedoucí: Ing. Zdeněk Roubal, Ph.D.

V oblasti nízkoúrovňového měření se zaměřujeme na měření velmi malých proudů (až do oblasti fA) a napětí (uV) v blízkosti fyzikálních limitů omezených šumem. Měření náboje se zaměřením na stavební a přírodní materiály. Tyto měření posléze najdou uplatnění v konkrétní aplikaci nebo návrhu speciálního měřicího přístroje i pro mezioborovou spolupráci. V oblasti magnetických měření provádíme měření magnetických i elektrických vlastností feromagnetických materiálů, jsou možné i kmitočtové závislosti měrných ztrát materiálu. Další oblastí je měření magnetické susceptibility materiálů. Všechna měření je možno kombinovat s inverzním numerickým modelováním využívajícím metody konečných prvků. Měření je možno provádět v elektromagneticky stíněné komoře.

Hlavní výzkumné činnosti:

• Vývoj metodiky a elektroniky pro měření lehkých vzdušných iontů a elektrických vlastností atmosféry
• Vytváření modelů pasivních i aktivních prvků
• Měření křivky prvotní magnetizace a hysterezní smyčky feromagnetik
• Měření permanentních magnetů
• Měření rezistivity technických vzorů
• Měření magnetické susceptibility slabě magnetických látek

Nejvýznamnější výsledky:

Hlavní výsledky výzkumu – praktické

• Měření teplotních magnetických i elektrických závislostí materiálů pro SVS FEM s.r.o.
• Measurement of relative permeability of steel samples by hybrid method pro MICO Shielding s.r.o
• Provedení nestandardního řešení měření relativní permeability dodaných vzorků magnetických materiálů pro MShield s.r.o.

Hlavní výsledky výzkumu – publikace

• ROUBAL, Z.; HEJTMÁNEK, T.; KŘÍŽ, T. Designing a Triaxial Gaussmeter for Magnetic Impedance Tomography. In 2019 PROCEEDINGS OF THE 12TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON MEASUREMENT (MEASUREMENT 2019). Bratislava, SK: Institute of Measurement Science, Slovak Academy of Science, 2019. s. 270-273. ISBN: 978-80-972629-3-8. https://doi.org/10.23919/MEASUREMENT47340.2019.8780074
• ROUBAL, Z.; KŘÍŽ, T.; BACHOREC, T. Measurement of Frequency Dependence of Self-Inductance of Power Capacitors. In Proceedings of the 14th International Conference on Measurement. 2023. s. 131-134. ISBN: 978-80-972629-6-9. https://doi.org/10.23919/MEASUREMENT59122.2023.10164398
• BACHOREC, T.; FIALA, P.; STEINBAUER, M.; ROUBAL, Z. A Non-Destructive Impedance Method Using Resonance to Evaluate the Concentration of Steel Fibers in Concrete. Measurement Science Review, 2018, roč. 18, č. 5, s. 218-226. ISSN: 1335-8871. https://doi.org/10.1515/msr-2018-0030

Vedoucí: doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.

Zabýváme se výzkumem elektromagnetických struktur a jejich aplikací, především ve zdrojích plazmatu a také v diagnostických metodách (např. nukleární magnetické rezonanci). Naší hlavní specializací jsou radiofrekvenční a mikrovlnné rezonátory a jejich použití pro excitaci nízkotlakého plazmatu. Skupina hojně spolupracuje s firmami na aktivitách aplikovaného výzkumu a vývoje, v oblasti laboratorních zdrojů plazmatu a vesmírných technologií.

Hlavní výzkumné činnosti

• Návrh, výroba a optimalizace vysokofrekvenčních rezonátorů
• Nízkotlaké zdroje plazmatu a jejich analýza
• Vývoj diagnostických metod

Nejvýznamnější výsledky (biblio s DOI, nebiblio s PDF popisem)

• JUŘÍK, K.; STARÝ, J.; DREXLER, P. Design and Fabrication of Birdcage Resonators for Low-pressure Plasma Excitation. Radioengineering, 2022, roč. 32, č. 1, s. 44-50. ISSN: 1210-2512.
• DREXLER, P.; FIALA, P.; STEINBAUER, M.; FRIEDL, M.: Sada vysokofrekvenčních širokopásmových zesilovačů a útlumových článků. TES, a.s. Třebíč IČ: 45477973. (funkční vzorek)
• DREXLER, P.; ČÁP, M.; NEŠPOR, D.: Dvoukanálový rezonátor typu birdcage. ÚTEE FEKT, VUT v Brně. URL: http://www.utee.feec.vutbr.cz/?q=cs/dvoukanalovy-rezonator-typu-birdcage. (funkční vzorek)