Osiągnięcia naukowe Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej

Izabela Blimel: Panie profesorze, proszę powiedzieć, jakimi osiągnieciami mogą pochwalić się naukowcy z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej?

Prof. Władysław Wieczorek, Dziekan Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej: Naukowcy z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej prowadzą unikalne i przełomowe w skali światowej prace dotyczące projektowania, syntezy i badania materiałów stosowanych w urządzeniach do magazynowania energii. Materiały te są komponentami do opracowania nowych generacji stałych (polimerowych), jak i ciekłych elektrolitów do baterii, superkondensatorów i ogniw elektrochromowych. Wynikiem tych prac jest ponad 100 publikacji cytowanych ponad 6000 razy i ponad 30 patentów (w tym 12 zagranicznych). Praktycznym rezultatem badań jest wdrożenie w 2018 roku do produkcji przez firmę Arkema nowych soli litowych (drugie na świecie, pierwsze w Europie), zawierających aniony Huckla, jako komponentów elektrolitów używanych w ogniwach litowo-jonowych. Prowadzone badania naukowe stały się podstawą  utworzenia współprowadzonych przez Wydział jedynych na świecie międzynarodowych studiów magisterskich o tematyce bateryjnej (program ErasmusMundus) oraz studiów doktorskich (program Maria Skłodowska-Curie actions co-fund).

Nowatorskie w skali międzynarodowej prace zespołów Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej ukierunkowane są na projektowanie nowych komponentów do urządzeń konwersji i akumulacji energii. Projektowane materiały oparte są na dostępnych surowcach, których stosowanie prowadzi do poprawy bezpieczeństwa pracy baterii, wydłużenia ich czasu pracy, przy jednoczesnym zwiększeniu gęstości mocy (energii) układu pracującego w szerszym zakresie potencjałów. Nie bez znaczenia jest także redukcja ilości szkodliwych komponentów baterii, takich jak np. związki fluoru. Efektem wpływu w skali światowej jest opracowanie teorii opisującej mechanizm przewodnictwa jonowego w polimerowych kompozytach. Pozwala ona na zaprojektowanie materiału charakteryzującego się wysoką wartością przewodności jonowej, dużymi liczbami przenoszenia kationu litowego i poprawiającego stabilność granicy faz elektroda – elektrolit w ogniwach litowo-jonowych.

Kolejnym osiągnięciem w skali światowej jest zaprojektowanie i zbadanie właściwości fizykochemicznych niewodnych protonowo przewodzących żeli. Są one stosowane z powodzeniem w ogniwach elektrochromowych i kondensatorach wysokiej pojemności działających w niskich temperaturach do -50 stopni Celsjusza.

Przełomowym efektem wpływu badań zespołów Wydziału Chemicznego jest opracowanie nowej generacji soli litowych zawierających aniony Huckla, jako komponentów elektrolitów stosowanych w ogniwach litowo-jonowych. Użycie soli Huckla powoduje zmniejszenie skutków rozkładu elektrolitu, zarówno termicznego, jak i pod wpływem zanieczyszczeń. Powoduje to zwiększenie bezpieczeństwa użytkowania akumulatorów oraz wydłużenie życia akumulatora średnio o 2-3 razy, co skutkuje zmniejszeniem zapotrzebowania przemysłu na surowce. Uzupełnieniem prac jest zaprojektowanie nowej generacji dodatków, zawierających organiczne związki siarki i tworzących stabilne warstwy międzyfazowe elektroda – elektrolit. Zastosowanie tych dodatków przyczynia się do zmniejszenia zawartości fluoru w elektrolicie (używane dotychczas dodatki zawierały organiczne związki fluoru). Analiza obliczeniowa, porównana z wynikami eksperymentalnymi pozwoliła na prześledzenie procesu formowania warstwy pasywnej, a także ukazania ich skuteczności w stabilizacji baterii, zarówno z elektrolitem komercyjnym, jak i opartym na soli Huckla – LiTDI.

Wydział Chemiczny jest współzałożycielem AlistoreEuropeanResearchInstitute – organizacji skupiającej wiodące europejskie instytucje naukowe i partnerów przemysłowych, pracujących nad zagadnieniami chemicznych źródeł prądu, a także reprezentuje Polskę w naukowych radach konsultacyjnych: European Battery Alliance (EBA), Battery European Partnership -BEPA i Battery 2030+. Jest także współzałożycielem stowarzyszenia PolStorEn, skupiającego krajowych partnerów naukowych pracujących w tematyce chemicznych źródeł prądu. We wszystkich tych gremiach pracownicy Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej koordynują badania nad opracowaniem nowych generacji komponentów do syntezy i produkcji elektrolitów do baterii litowo-jonowych i nowych generacji baterii.

I.B.: Jakie szczególne elementy potwierdzają wpływ działalności naukowej pracowników Wydziału Chemicznego na proces komercjalizacji wyników badań?

W.W.: Należą do nich, między innymi: 

Listy od wybitnych naukowców o światowej renomie, świadczące o wkładzie badań naukowych prowadzonych na Wydziale Chemicznym Politechniki Warszawskiej na globalny rozwój technologii chemicznych źródeł prądu. 

Opracowanie teorii naukowych, opisujących zjawiska fizykochemiczne zachodzące w elektrolitach, i ich zastosowanie w praktyce jest zauważane na świecie i ma wpływ na wiele zespołów, projektów, naukowców na całym świecie.

Umowa z firmą Arkema (Francja) na sprzedaż licencji i wdrożenie do produkcji soli litowych zawierających aniony Huckla. Jest to pierwsza produkcja europejska tego komponentu w historii i druga na świecie. Główna sól (LiTDI) ma lepsze parametry od dotychczasowej komercyjnej i jest stabilniejsza, przez co przemysł potrzebuje mniej surowców a urządzenia działają dłużej (samochody elektryczne mają większy zasięg). Wpływ nauki na społeczeństwo, przemysł i gospodarkę.

Umowy na międzynarodowe programy dydaktyczne: magisterski Materials for Energy Storage and Conversion – MESC+ i doktorski Destiny w ramach programu Marie Skłodowska-Curie actions co-fund.

Kształcenie naukowców i specjalistów na skalę międzynarodową dla przemysłu bateryjnego (największa liczba absolwentów (283) kierunku międzynarodowego spośród tego typu programów w Polsce, najdłużej działający program działający w Polsce, jeden z czterech najstarszych w Europie).

Umowy założycielskie naukowych organizacji: krajowych (PolStorEn) i międzynarodowych (European Battery Alliance (EBA), Battery European Partnership -BEPA i Battery 2030+, Alistore ERI).

Współzałożycielstwo i uczestnictwo w tych organizacjach są dowodem wysokiej pozycji pracowników Wydziału Chemicznego na świecie, a jednocześnie pozwalają na promowanie rozwiązań i koncepcji opracowanych na Politechnice Warszawskiej, a także umożliwiają wdrożenia i opracowanie nowych technologii z innymi najlepszymi zespołami z branży.

Umowa z firmami PKN Orlen i Unipetrol na wykonanie zleconych projektów przemysłowych. 

Prace wspierają rozwój zielonej chemii – gospodarkę o obiegu zamkniętym i zrównoważony rozwój, przy wykorzystaniu produktów ubocznych z produkcji wielkoskalowej, w celu zwiększenia wykorzystania materiałów i zmniejszenia ilości odpadów. Materiały odzyskane dla gospodarki mają służyć jako komponenty ogniw galwanicznych.

I.B.: Jakby Pan w skrócie scharakteryzował badania dotyczące projektowania, syntezy i opisu właściwości komponentów stosowanych w urządzeniach konwersji i akumulacji energii elektrycznej?

W. W.: Prowadzone na Wydziale Chemicznym Politechniki Warszawskiej badania dotyczące projektowania, syntezy i opisu właściwości komponentów stosowanych w urządzeniach konwersji i akumulacji energii elektrycznej mają charakter silnie interdyscyplinarny ze względu na złożoność problematyki i wieloetapowość podejmowanych prac. Zaprojektowanie nowych generacji materiałów wymaga współdziałania zespołów z zakresu modelowania molekularnego i chemii/fizyki kwantowej (nauki fizyczne i nauki informatyczne). Synteza zaprojektowanych materiałów to współdziałanie z zakresu inżynierii materiałowej, chemii organicznej i nieorganicznej. Zastosowanie zsyntezowanych materiałów jako komponentów elektrod i elektrolitu oraz badanie działania ogniw wymaga współpracy specjalistów z zakresu chemii fizycznej, elektrochemii i inżynierii chemicznej. Badania właściwości materiałów to zagadnienia z zakresu nauki o materiałach, zaś metody strukturalne i spektroskopowe z zakresu nauk chemicznych i nauk fizycznych. Badania nad wdrożeniem komponentów do produkcji przemysłowej prowadzone w skali półtechnicznej związane są ze współdziałaniem specjalistów z zakresu nauk chemicznych, nauk o materiałach i inżynierii chemicznej. Interdyscyplinarność prowadzonych badań potwierdzają liczne publikacje naukowe.

I.B.: A jakie są Pana profesora zainteresowania naukowe? 

W. W.: Moja działalność naukowa skupia się na syntezie i badaniu właściwości szerokiej gamy polimerowych elektrolitów pod kątem ich zastosowania w urządzeniach elektrochemicznych, takich jak: baterie litowe i litowo-jonowe, ogniwa paliwowe, układy elektrochromowe. Jestem współautorem 165 artykułów opublikowanych w czasopismach z listy filadelfijskiej. Prace te były cytowane 4963 razy przez autorów niezależnych (HR=38). Wyniki swoich prac prezentowałem w formie ponad 50 referatów na konferencjach krajowych i międzynarodowych.

Byłem promotorem 27 ukończonych magisterskich prac dyplomowych, 3 prac inżynierskich oraz 13 prac doktorskich. Czterech z moich współpracowników uzyskało stopień naukowy doktora habilitowanego, a jeden tytuł naukowy profesora. Przez dwie kadencje (1996–1999 i 1999–2002) pełniłem funkcję prodziekana Wydziału ds. dydaktycznych, przez dwie kolejne kadencje (2002–2005 i 2005–2008) Dziekana Wydziału. W latach 2008-2016 pełniłem funkcję prorektora ds. studenckich Politechniki Warszawskiej. Od roku 2016 pełnię funkcję Dziekana Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej.

I.B.: Na zakończenie naszej rozmowy, proszę powiedzieć czytelnikom, jakie są Pana  pasje? 

W.W.: Poza chemią moją wielką pasją naukową jest historia. Jako uczeń liceum odnosiłem oprócz chemii również sukcesy w zakresie historii i w pewnym momencie trudno mi było zdecydować, jaki kierunek studiów wybrać. Wybrałem chemię i absolutnie tego nie żałuję. Z sentymentem odnoszę się jednak do historii. Moją ostatnią pasją jest historia szkolnictwa wyższego w Europie. Gdzie tylko mogę, zwiedzam siedziby wielkich Uniwersytetów Europejskich. Odwiedziłem z żoną Cambrigde, a główną uwagę poświęciliśmy Kings College tego Uniwersytetu. Efektem tej wizyty był wygłoszony przeze mnie krótki wykład historyczny podczas wydziałowej inauguracji roku akademickiego 2019/2020.

I.B.: Dziękuję za rozmowę i życzę kolejnych sukcesów.