Superkondensatory w skali mikro

Zintegrowane mikrosuperkondensatory na chipie (z lewej) vs aluminiowy kondensator elektrolityczny (z prawej) o identycznych osiągach, tj. pojemności, napięciu zasilania i szybkości. Źródło: Karolina Laszczyk, Advanced Energy Materials

 

Prace nad miniaturyzacją urządzeń do gromadzenia energii – tzw. superkondensatorów – prowadzi dr Karolina Laszczyk z Politechniki Wrocławskiej. W tym roku badaczka wygrała w konkursie „Innowacja jest kobietą”.

W konkursie Fundacji Kobiety Nauki – Polska Sieć Kobiet Nauki nagradzane są wynalazczynie – autorki innowacyjnych rozwiązań.

W tym roku nagrodę główną otrzymała dr Karolina Laszczyk. To badaczka z Międzywydziałowego Zakładu Mikroinżynierii i Fotowoltaiki Politechniki Wrocławskiej.

Pracuję nad miniaturyzacją urządzeń, w tym nad chipowymi superkondensatorami zwanymi również kondensatorami elektrochemicznymi – mówi w rozmowie z PAP dr Laszczyk.

Badaczka opowiada, że superkondensatory – podobnie jak baterie – służą do gromadzenia energii. W odróżnieniu jednak od nich bardzo szybko, np. w ciągu sekund, ładują się i rozładowują. Na przykładzie samochodu elektrycznego rozmówczyni PAP wyjaśnia, czym są superkondensatory. – Na dzień dzisiejszy baterie i superkondensatory uzupełniają się. Baterie dostarczają energii, aby pojazd mógł jak najdłużej jechać. A superkondensatory dostarczają moc, aby pojazd ruszył lub gwałtowanie zahamował – opisuje. Jak dodaje, superkondensatory wciąż nie są w stanie gromadzić tyle energii, co baterie.

W opracowanym przez dr Laszczyk superkondensatorze elektrody są tysiące razy mniejsze aniżeli w komercyjnym kondensatorze, a przy tym mają identyczne osiągi tj. pojemność, napięcie zasilania, energię i moc. W produkcji nowych mikrosuperkondensatorów badaczka wykorzystała nanorurki węglowe. A one – w przeciwieństwie do wykorzystywanego w komercyjnych superkondensatorach węgla aktywnego – mogą gromadzić więcej ładunków elektrycznych w tej samej objętości i lepiej przewodzą prąd elektryczny. Dzięki temu z mniejszej objętości uzyskujemy podobną, a nawet wyższą energię.

Jak wyjaśnia, postęp w miniaturyzacji superkondensatorów przydać się może chociażby w tworzeniu coraz mniejszych urządzeń elektronicznych czy układów scalonych. Kiedy zmniejsza się wymiary elektrod takiego superkondensatora (w rezultacie mikrosuperkondensatora), wymiana jonów między katodą i anodą zachodzi znacznie szybciej. Dzięki temu czas ładowania skraca się do mili- a nawet mikrosekund.

Rozmówczyni PAP mówi, że teraz niezbędne dla układów zasilania w elektronice są aluminiowe kondensatory elektrolityczne. Mają one najczęściej kształt walca. – Są szybkie, dostarczają dużo mocy, ale są względnie duże i ciężkie – opowiada.

Tymczasem dr Laszczyk opracowała rozwiązanie, w którym pojedynczy superkondensator ma postać płaskiego chipa o rozmiarach 0,7 mm x 0,9 mm x 0,01 mm. Takie chipy można ze sobą łączyć szeregowo i równolegle, dzięki czemu można projektować ich osiągi. – Jeśli te elementy połączymy szeregowo – sumuje się ich napięcie. A jeśli połączymy je równolegle, sumują się ich pojemności – opowiada dr Laszczyk.

Nie ma ograniczenia, jeśli chodzi o liczbę łączonych w ten sposób elementów. – W pojedynczym procesie udało się wytworzyć ok. 4,7 tys. mikrosuperkondensatorów upakowanych na powierzchni o średnicy 10 cm – zaznacza dr Laszczyk. Przekonuje, że w ten sposób można uzyskać dowolne zadane parametry.

W pracach nad nowymi mikrosuperkondensatorami badaczka z PWr zastosowała technologię podobną do tej używanej do wytwarzania miniaturowych urządzeń w krzemie.

Dr Laszczyk ma nadzieję, że dzięki jej badaniom będzie można produkować mniejsze superkondensatory zużywając do tego mniej materiałów. A urządzenia łatwiej będzie zaadaptować do urządzeń mobilnych.

W bieżącej edycji konkursu „Innowacja jest kobietą” nagrodą jest prezentacja zwycięskiego projektu podczas Międzynarodowych Targów Pomysły, Wynalazki, Nowe Produkty iENA 2017 w Norymberdze.

 

Źródło: PAP – Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

http://naukawpolsce.pap.pl

Krótko i na temat. Witajcie w erze produkcji „na zamówienie”

W produkcji liczy się obecnie „tu i teraz”, a klienci oczekują pojedynczych, krótkich serii dopasowanych do konkretnych, specyficznych potrzeb. Co ciekawe, polskie firmy są cichymi bohaterami takich usług i coraz częściej realizują zlecenia dla odbiorców nie tylko na rynku europejskim, ale również w Afryce czy na Bliskim Wschodzie.

 

Lokalne rozwiązania, globalne zyski

Feerum to producent elewatorów zbożowych do suszenia i magazynowania produktów roślinnych. W ubiegłym roku firma podpisała intratny, rządowy kontakt z Tanzanią. Firma dostarczy na afrykański rynek w sumie około 1000 kontenerów zawierających kilka milionów elementów. Nie byłoby to możliwe bez wcześniejszej informatyzacji firmy zrealizowanej we współpracy z firmami BPSC (dostawca systemu ERP) oraz DPS Software (dostawca platformy Solid Works). Dzięki niej udało się diametralnie skrócić czas wprowadzenia produktu na rynek. Obecnie od stworzenia projektu do przekazania go do produkcji wystarczą dwa dni, wcześniej ten proces trwał miesiąc. Wdrożenie do produkcji zupełnie nowej konstrukcji silosu skrócono z dziewięciu miesięcy do trzech tygodni. Tyle czasu mija obecnie od stworzenia koncepcji do pojawienia się gotowego produktu na rynku.

 

Zdjęcie: Feerum

 

Jeszcze nigdy produkcja nie była tak dopasowana do oczekiwań klienta. Nie ma w tym jednak nic dziwnego. Dziś klient chce być traktowany indywidualnie, te oczekiwania siłą rzeczy dotyczą więc również przemysłu i pojawiają się już na poziomie wytwarzania produktów. Patrząc na to co udało się zrobić Feerum, nietrudno nie zauważyć, że idea Przemysłu 4.0. nie jest wcale tak odległa jak mogłoby się to wydawać. Wiele firm już kilka lat temu zbudowało fundamenty, dzięki którym dziś produkcja krótkich serii produktów „na indywidualne zamówienie” staje się opłacalna.

Dobrym przykładem polskiego przedsiębiorstwa, które postawiło na model produkcji „tu i teraz” może być mielecki Agmar, jeden z wiodących europejskich dostawców obudów metalowych dla sektora telekomunikacyjnego, energetycznego oraz IT. Spółce udaje się z sukcesem łączyć produkcję wielkoseryjną z produkcją w krótkich seriach, na indywidualne zlecenie klienta, zachowując w tym drugim przypadku zalety produkcji masowej. Jak się okazało nie tylko na polskim rynku zapotrzebowanie na tego typu usługi jest spore, bo firma realizuje obecnie zlecenia dla klientów z rynku europejskiego, Bliskiego Wschodu czy Afryki. Trudno byłoby to osiągnąć bez odpowiedniego poziomu informatyzacji, dlatego Agmar już kilka lat temu zdecydował się na wymianę posiadanego wówczas oprogramowania na bardziej zaawansowany system ERP. Spółka postawiła na system Impuls EVO.

Kluczowa przy wyborze systemu była możliwość rozliczania produkcji realizowanej zarówno w trybie ciągłym, jak i w trybie równoległej realizacji kilku zleceń produkcyjnych połączonych wspólnymi elementami, półproduktami – wyjaśnia Marcin Kowalski, kierownik ds. wdrożeń informatycznych w firmie Agmar.

Przykładem może być chociażby wdrożenie mechanizmu, w którym w trakcie procesu produkcyjnego zadawanych jest nawet kilkaset zleceń na realizację półwyrobów tworzących produkt finalny – odbywa się to w postaci np. zaetykietowania oraz złożenia w odpowiednim miejscu hali produkcyjnej. Następnie system podpowiada, kiedy w kolejnym zleceniu dany element zostanie wykorzystany.

W naszej bazie danych znajduje się obecnie około 78 tysięcy indeksów materiałowych, półwyrobowych i wyrobowych. Wprowadziliśmy własną indeksację, opieramy się na szablonach zawartych w systemie i na tej bazie zbudowaliśmy technologie. Są one bardzo mocno zagnieżdżone – struktura produktu finalnego może mieć nawet 25 poziomów zagłębień. Nasz wyrób końcowy może składać się z kilkuset, ale też ponad tysiąca zleceń produkcyjnych. To wymaga dużej elastyczności – przekonuje Marcin Kowalski.

 

Szansa dla mniejszych

Na polskim rynku można wyróżnić kilka kategorii producentów i dostawców. Ci najwięksi najchętniej zrealizują zamówienia o nakładach liczonych w dziesiątkach czy setkach tysięcy sztuk danego wyrobu. W przypadku mniejszych zleceń pojawia się problem, bo najczęściej są one nieopłacalne dla obydwu stron. Producent co prawda może zrealizować mniejsze i bardziej zindywidualizowane zamówienia, ale w takim wypadku czas oczekiwania znacznie wzrasta lub cena za taką usługę jest niebotyczna. To szansa dla tych firm, które szukając niszy skoncentrują się na produkcji mniejszych serii. Przemysław Kędzierski, Product Owner obszaru Produkcja w BPSC, firmie która ma na swoim koncie ponad 400 wdrożeń oprogramowania wspierającego zarządzanie produkcją mówi wprost:

Duże firmy produkcyjne koncentrują się na największych odbiorcach i ekonomii skali, co wynika przede wszystkim z faktu, że produkcja krótkich i bardzo zróżnicowanych serii jest skomplikowanym procesem także od strony projektowania i testowania. To obszar do zagospodarowania przez nieco mniejsze przedsiębiorstwa, które są w stanie dosyć szybko przeorganizować swoją produkcję i polegać na profesjonalizacji tego typu usług i zindywidualizowanych wyrobach. Przykład Feerum czy Agmaru wskazuje jednak jasno: to wymaga dużej elastyczności w projektowaniu produkcji, co wprost zależy od poziomu informatyzacji.

Bez systemu wspierającego zarządzanie, produkowanie krótkich serii skutkowałoby ogromnymi kosztami. Dopiero zastosowanie oprogramowania pozwala na rezerwację unikalnych zasobów – narzędzi, maszyn, czy np. pracowników z unikalnymi uprawnieniami. Dzięki temu harmonogram produkcji może ustawić zlecenia produkcyjne pod dostępność danego zasobu w określonym momencie. System pozwala również wskazać w każdym konkretnym momencie, czy jest już możliwość wykonania konkretnego zlecenia produkcyjnego. Sprawdza również, co wchodzi technologicznie w skład półproduktu w ramach zlecenia, przelicza w odniesieniu do stanu magazynowego i daje bieżący dostęp do wiedzy, ile sztuk półwyrobu jesteśmy w stanie wykonać w danej chwili.

Przy produkcji konkretnych elementów oprogramowanie samodzielnie wylicza ze zleceń produkcyjnych co jest potrzebne, sprawdza stany magazynowe, blokuje je oraz wydaje dyspozycje umieszczenia w odpowiednim miejscu hali produkcyjnej. Dzięki temu harmonogram produkcji może ustawić zlecenia produkcyjne pod dostępność danego zasobu w określonym momencie, a systemowe narzędzia pozwalają wstecznie rozliczać niektóre elementy wykorzystane do produkcji różnych wyrobów – wyjaśnia ekspert Agmar.

Sytuacja rynkowa sprzyja producentom, bo chętni na mniejsze i bardziej zindywidualizowane zamówienia coraz częściej zgłaszają się także zza granicy. Jednocześnie rozwój technologii spowodował łatwiejszy dostęp do zaawansowanego oprogramowania czyniąc produkcję krótkoseryjną bardziej opłacalną. Era zindywidualizowanej produkcji „tu i teraz” nie jest wcale ideą odległą. Dzieje się – dosłownie – tu i teraz. Polscy producenci w pewnym sensie wypełnili luki pozostawione przez wielkie koncerny i stali się ekspertami od realizacji zleceń w krótkim czasie, na zaawansowanym poziomie i w przystępnej cenie.

 

Źródło: BPSC

 

Nowe bloki w elektrowni PGE w Opolu gotowe w 80 procentach

Dotacje dla innowacyjnego przemysłu stalowego

 

Narodowe Centrum Badań i Rozwoju ogłasza konkurs w ramach programu sektorowego INNOSTAL. O dofinansowanie mogą ubiegać się przedsiębiorstwa oraz konsorcja przedsiębiorstw, które zamierzają prowadzić badania przemysłowe i prace rozwojowe lub tylko prace rozwojowe służące zwiększeniu innowacyjności sektora przemysłu stalowego.

Polski sektor stalowy, mimo że w ostatnim czasie został zrestrukturyzowany, nadal zmaga się z dużą konkurencją ze strony państw wysoko uprzemysłowionych takich jak na przykład Niemcy. Dlatego program INNOSTAL ma na celu: wsparcie działań z zakresu B+R, zwiększenie innowacyjności sektora oraz redukcję negatywnego oddziaływania sektora na środowisko, a tym samym podniesienie jego konkurencyjności na rynkach światowych i w Polsce – mówi wiceminister rozwoju Jadwiga Emilewicz.

INNOSTAL to część Programu Inteligentny Rozwój. Alokacja na konkurs wynosi 95 mln zł. Wnioski o dofinansowanie można składać od 9 października do 8 grudnia. Wartość kosztów kwalifikowanych projektów składanych w ramach konkursu powinna wynosić 2–30 mln zł.

Dokumentacja konkursowa znajduje się na Portalu Funduszy Europejskich.

 

Źródło: MR

Góra
English