УНИВЕРЗИТЕТ У БЕОГРАДУ Факултет за физичку хемију Датум: 10.12.2015. Зaхтeв брoj:1472/2 З А Х Т Е В Образац 2. УНИВЕРЗИТЕТ У БЕОГРАДУ Веће научних области природних наука за давање сагласности на предлог теме докторске дисертације за кандидата на докторским студијама Молимо да, сходно члану 47. ст. 5. тач. 3. Статута Универзитета у Београду ("Гласник Универзитета", број 162/11-пречишћени текст, 167/12, 172/13 и 178/14), дате сагласност на предлог теме докторске дисертације: Вoдoничнa aлкaлнa гoривнa ћeлиja сa мeмбрaнoм oд пoливинил aлкoхoлa и срeбрним кaтaлизaтoрoм (пун назив предложене теме докторске дисертације) НАУЧНА ОБЛАСТ: Физичкa хeмиja кoнвeрзиja eнeргиje ПОДАЦИ О КАНДИДАТУ: 1. Име, име једног од родитеља и презиме кандидата: Ивaн, Дaнe, Стoшeвски 2. Претходно образовање (назив и седиште факултета, студијски програм): Maстeр физикoхeмичaр, Фaкултeт зa физичку хeмиjу- Унивeрзитeт у Бeoгрaду 3. Година дипломирања: 2012. 4. Година уписа на докторске студије: 2012. 5. Назив студијског програма докторских студија: Дoктoрскe aкaдeмскe студиje физичкe хeмиje
ПОДАЦИ О МЕНТОРУ: Име и презиме ментора: др Шћeпaн Mиљaнић Звање: рeдoвни прoфeсoр Списак радова који квалификују ментора за вођење докторскедисертације: 1) D. Lj. Stojić, M. P. Marčeta, S. P. Sovilj, Š. S. Miljanić, Hydrogen Generation from Water Electrolysis - Possibilities of Energy Saving, J. Power Sources 118, 315-319 (2003). 2) D. Lj. Stojić, B. D. Cekić, A. D. Maksić, M. P. Marčeta Kaninski, Š. S. Miljanić, Intermetallics as cathode materials in the electrolytic hydrogen production, Int. J. Hydrogen Energy 30, 21-28 (2005). 3) Vladimir M. Nikolic, Aleksandra Krkljes, Zorica Kacarevic Popovic, Zoran V. Lausevic and Scepan S. Miljanic, On the use of gamma irradiation crosslinked PVA membranes in hydrogen fuel cells, Electrochem. Commun 9 (2007) 2661-2665. 4) Milica P. Marceta Kaninski, Vladimir M. Nikolic, Aleksandar D. Maksic, Gvozden S. Tasic and Scepan S. Miljanic, Electrochemical H/D Isotope Effects in PEM Fuel Cell, Electrochem. Commun. 10(10) (2008) 1463-1466. 5) Ivan Stoševski, Jelena Krstić, Nikola Vokić, Miljan Radosavljević, Zorica Kačarević Popović, Šćepan Miljanić, Improved Poly(vinyl alcohol) (PVA) based matrix as a potential solid electrolyte for electrochemical energy conversion devices, obtained by gamma irradiation, Energy 90 (2015) 595-604, doi:10.1016/j.energy.2015.07.096. У случају менторства дисертације на докторским студијама у групацији техничкотехнолошких, природно-математичких и медицинских наука ментор треба да има најмање три рада са SCI, SSCI, AHCI или SCIe листе, као и Math-Net.Ru листе. У случају менторства дисертације на докторским студијама у групацији друштвенохуманистичких наука ментор треба да има најмање три рада са релевантне листе научних часописа (Релевантна листа научних часописа обухвата SCI, SSCI, AHCI и SCIe листе, као и ЕRIH листу, листу часописа које је Министарство за науку класификовало као М24 и додатну листу часописа коју ће, на предлог универзитета, донети Национални савет за високо образовање. Посебно се вреднују и монографије које Министарство науке класификује као М11, М12, М13, М14, М41 и М51.) Обавештавамо вас да је Наставно-научно веће (назив надлежног тела факултета) на седници одржаној 10.12.2015. размотрило предложену тему и закључило да је тема подобна за израду докторске дисертације јер садржи оригиналну идеју и да је од значаја за развој науке, примену њених резултата, односно развој научне мисли уопште. ДЕКАН ФАКУЛТЕТА Прилог 1. Предлог теме докторске дисертације са образложењем. 2. Акт надлежног тела факултета о подобности теме за израду докторске дисертације. 3. Електронска верзија.
Datum: 10.12.2015. Broj: 1472 Na osnovu članova 99., 100. i 102. Statuta Univerzitet u Beogradu - Fakulteta za fizičku hemiju, Nastavno-naučno veće Fakulteta, na III redovnoj sednici, održanoj 10.12.2015. godine, donosi sledeću O D L U K U 1.- Prihvata se pozitivni izveštaj Komisije o odobrenju predloga teme za izradu doktorske disertacije kandidata mast. fiz.-hem. Ivana Stoševskog, studenta doktorskih studija, pod nazivom: Vodonična alkalna gorivna ćelija sa membranom od polivinil alkohola i srebrnim katalizatorom, Komisije u sastavu: 1) dr Šćepan Miljanić, redovni profesor, Fakultet za fizičku hemiju, 2) dr Slavko Mentus, redovni profesor u penziji, Fakultet za fizičku hemiju, redovni član SANU, 3) dr Biljana Šljukić, docent, Fakultet za fizičku hemiju, 4) dr Zorica Kačarević-Popović, naučni savetnik, INN Vinča. 2.- Ova odluka, sa potrebnom dokumentacijom, dostavlja se Univerzitetu u Beogradu Veću naučnih oblasti prirodnih nuka, radi davanja saglasnosti. Po dobijenoj saglasnosti iz tačke 1., kandidat može da pristupi izradi disertacije. 3.- Po urađenoj doktorskoj disertaciji, kandidat podnosi Nastavno-naučnom veću zahtev za odbranu disertacije i dostavlja primerak disertacije. Odluku dostaviti: - kandidatu, - mentoru, - Univerzitetu u Beogradu -nadležnom stručnom veću D e k a n Fakulteta za fizičku hemiju Prof. dr Gordana Ćirić-Marjanović
UNIVERZITET U BEOGRADU Fakultet za fizičku hemiju B e o g r a d NASTAVNO-NAUĈNOM VEĆU FAKULTETA ZA FIZIĈKU HEMIJU Predmet: Izveštaj komisije za ocenu ispunjenosti uslova za odobrenje predloga teme i ocenu teme za izradu doktorske disertacije kandidata mastera fizikohemiĉara Ivana Stoševskog. Na II redovnoj sednici Nastavno-nauĉnog veća Univerzitet u Beogradu - Fakulteta za fiziĉku hemiju, održanoj 13. novembra 2015. godine, imenovani smo za ĉlanove komisije radi podnošenja izveštaja o ispunjenosti uslova za odobrenje predloga teme i ocenu teme za izradu doktorske disertacije kandidata mastera fizikohemičara Ivana Stoševskog, pod naslovom Koncept vodonične gorivne ćelije sa alkalnom membranom od polivinil alkohola i katodnim katalizatorom na bazi srebra. Ova tema je prijavljena na Fakultetu za fiziĉku hemiju 6. novembra 2015. godine. Kandidat je, u skladu sa propisima Fakulteta, napisao i uspešno odbranio seminarski rad u okviru predmeta Specijalni kurs, ĉime je odbranio navedenu temu svoje doktorske disertacije. Polazeći od toga, kao i od analize materijala koje je kandidat priložio u svojoj prijavi, podnosimo Nastavno-nauĉnom veću sledeći I Z V E Š T A J A. Biografski podaci Ivan Stoševski je roċen 12.01.1988. godine u Negotinu. Obrazovanje 2003 2007: Gimnazija "Negotinska gimnazija", Negotin, smer: prirodno-matematiĉki. 2007 2011: Osnovne studije na Fakultetu za fiziĉku hemiju Univerziteta u Beogradu. Proseĉna ocena - 8.68; ocena na diplomskom ispitu 10. Tema diplomskog rada: Izotopska analiza deuterijuma u vodoniku, vodi i jedinjenjima rastvorljivim u vodi putem laserske spektroskopije. 2011 2012: Master studije na Fakultetu za fiziĉku hemiju Univerziteta u Beogradu. Proseĉna ocena - 9.60; ocena na odbrani master rada 10. 1
Tema master rada: Vodonična PEM gorivna ćelija: Karakterizacija Pt/C katalizatora u tankom filmu i uticaj na ponašanje u MEA. 2012 - Doktorske studije na Fakultetu za fiziĉku hemiju Univerziteta u Beogradu. Profesionalno iskustvo 1.11.2013 Istraživaĉ-pripravnik na Fakultetu za fiziĉku hemiju; angažovan na projektu: III45014 Ministarstva prosvete, nauke i tehnološkog razvoja RS. 13.11.2015 Istraživaĉ-saradnik na Fakultetu za fiziĉku hemiju angažovan na projektima: (i) III45014 Ministarstva prosvete, nauke i tehnološkog razvoja RS i (ii) NATO-Science for Peace and Security (SPS) Programme, Projekt G4925 - "DURAPEM - Novel Materials for Durable Proton Exchange Membrane Fuel Cells". Dodatne aktivnosti 2014. Uĉestvovao na skupu za promociju nauke: Nauka oko nas, Fakultet za fiziĉku hemiju, Beograd. 2013. Uĉesnik letnje škole: International Summer School on PEM Fuel Cells, Bursa, Turska. 2012. Uĉesnik letnje škole: International Summer School on PEM Fuel Cells, Nevšehir, Turska. 2010. Ĉlan studentskog parlamenta. Strani jezik: engleski B. Objavljeni naučni radovi kandidata relevantni za prijavljenu temu Radovi u vrhunskim međunarodnim časopisima (M 21 ) 1. I. Stoševski, J. Krstić, N. Vokić, M. Radosavljević, Z. Kaĉarević Popović i Š. Miljanić. Improved Poly(vinyl alcohol) (PVA) based matrix as a potential solid electrolyte for electrochemical energy conversion devices, obtained by gamma irradiation, Energy 2015; 90:595 604, doi: 10.1016/j.energy.2015.07.096. Radovi u časopisu nacionalnog značaja (M 53 ) 1. I. Stoševski, J. Krstić, N. Vokić, Z. Kaĉarević Popović i Š. Miljanić. Radiolitiĉka sinteza i karakterizacija provodnih polimernih membrana za alkalne gorivne ćelije, na bazi PVA i hitozana Tehnika, 69(2) (2014) 190-195, doi: 10.5937/tehnika1402190S Saopštenje sa međunarodnog skupa, štampano u izvodu (M 34 ) 1. I. Stoševski, J. Krstić, N. Vokić, Z. Kaĉarević Popović, S. Mentus i Š. Miljanić. Development of polymer membrane and Ag/C catalyst for alkaline fuel cell. Fuel Cells 2014 Science and Technology A Grove Fuel Cell Event, April 2014, Amsterdam, The Netherlands, Poster Session P58. 2. I. Stoševski, N. Vokić i Š. Miljanić. Development of Anion Polymer Membranes for Alkaline Fuel Cells, 12th Young Researchers Conference Materials Sciences and Engineering, 11-13 Decembar 2013, Beograd, Srbija. Saopštenje sa skupa nacionalnog značaja, štampano u izvodu (M 64 ) 2
1. I. Stoševski, N. Gavrilov, I. Pašti, Uticaj nafiona na elektrokatalitiĉku aktivnost platine poreċenje Pt/C katalizatora i polikristalne platine, Prva konferencija mladih hemiĉara Srbije, oktobar 2012, Beograd, Srbija. C. Obrazloženje teme 1. Naučna oblast Fiziĉka hemija konverzija energije. Istraživanja predviċena u okviru ove doktorske disertacije objedinjuju oblasti konverzije energije, radijacione hemije i dozimetrije, elektrohemije i nauke o materijalima. 2. Naučni cilj istraživanja Cilj istraživanja je da se napravi vodoniĉna, alkalna, membranska gorivna ćelija, ĉije bi kljuĉne komponente, srebrni katalizator i membrana od polivinil alkohola (PVA) zasićena rastvorom kalijum-hidroksida (KOH), bile prethodno sintetisane radijaciono-hemijskom metodom korišćenjem γ-zraĉenja, te da se optimizuje njen rad u smislu dobijanja što većih snaga po jedinici radne površine. Radi poreċenja, biće korišćene i neke ĉisto hemijske metode sinteze PVA membrane. U okviru radijaciono-hemijske sinteze će biti ispitivan uticaj te metode na svojstva dobijenih materijala i komponenata. Ĉestice srebra sintetisane na ovakav naĉin će po prvi put biti ispitivane kao elektrohemijski katalizatori za redukciju kiseonika. Na taj naĉin će moći da se povežu parametri radijaciono-hemijske sinteze sa elektrohemijskom aktivnošću srebra. Pored uobiĉajene analize svojstava katalizatora na rotirajućoj elektrodi, biće razvijena troelektrodna elektrohemijska ćelija sa radnom gasnom elektrodom i membranom, koja će omogućiti ispitivanja pojedniĉanih gasnih elektroda u uslovima gorivne ćelije. Ovakva ćelija pruža mogućnosti za detaljna ispitivanja kinetike elektrohemijskih reakcija na razliĉitim katalizatorima, ali i za brzu optimizaciju sastava katalitiĉkog sloja gorivne ćelije. 3. Predmet rada Predmet rada je razvoj navedene vodoniĉne gorivne ćelije odgovarajuće efikasnosti pomoću dostupnih materijala relativno niske cene. Prvi deo disertacije će se odnositi na razvoj alkalne, matriks-membrane na bazi polivinil alkohola (PVA) i kalijum-hidroksida (KOH). U toj fazi u fokusu istraživanja biće uticaj parametara radijaciono-hemijske odnosno hemijske sinteze na membranska svojstva koja su od znaĉaja za upotrebu u gorivnim ćelijama: jonska provodljivost, gasna permeabilnost, te hemijska i termiĉka stabilnost. TakoĊe, ispitivaće se uticaj post-sintetiĉkih tretmana na strukturu i provodljivost membrana. Drugi deo disertacije se sastoji u radijaciono-hemijskoj sintezi srebrnih katalizatora i elektrohemijskom ispitivanju njihove efikasnosti za reakciju redukcije kiseonika. U poslednjoj fazi istraživanja akcenat će biti stavljen na pripremu (konstrukciju) gorivnih ćelija, sastavljenih od sintetisanih membrana i katalizatora, i na ispitivanje njihovih efikasnosti. Ova faza ukljuĉuje razliĉite metode pripreme membransko-elektrodnog sklopa, pronalaženje optimalnog sastava katalitiĉkog sloja, kao i optimizaciju spoljašnjih uslova (relativna vlažnost i protok gasova kojima se napaja gorivna ćelija, temperatura, pritisak itd.). 4. Metode istraživanja U istraživanjima će biti korišćene sledeće metode: 3
- Sinteza srebrnih katalizatora biće izvršena radijaciono-hemijskom metodom, ozraĉivanjem vodenih rastvora srebro-nitrata gama-zraĉenjem. - Za umrežavanje polivinil alkohola će se koristiti radijaciono-hemijska i hemijska metoda. - Metodom elektrohemijske impedansne spektroskopije odreċivaće se provodljivost membrana, otpori razliĉitih komponenti gorivne ćelije, ali i ĉitave ćelije. - Karakterizacija sintetisanih nanoĉestica srebra biće izvršena transmisionom elektronskom mikroskopijom i rendgenostrukturnom analizom. - Metode cikliĉne voltametrije i hronoamperometrije biće korišćene za odreċivanje elektrohemijske aktivnosti na rotirajućoj elektrodi i u uslovima gorivne ćelije. Doktorska disertacija će biti uraċena u sledećim institucijama: - Fakultet za fiziĉku hemiju Univerziteta u Beogradu (definisanje teme i eksperimentalna merenja vezana za karakterizaciju komponenata i testiranje u gorivnim ćelijama, sreċivanje i analiza rezultata, pisanje disertacije), - Insitut za nuklearne nauke Vinĉa Laboratorija za radijacionu hemiju i fiziku (radijaciono-hemijska sinteza membrana i katalizatora), - Poljoprivredni fakultet Univerziteta u Beogradu (transmisiona elektronska mikroskopija srebrnih katalizatora). 5. Aktuelnost problematike u svetu Potrebe ĉoveĉanstva za energijom danas se dominantno zadovoljavaju izgaranjem fosilnih goriva, nafte, uglja i prirodnog gasa, što dovodi do dramatiĉnih klimatskih promena, koje su posledica efekta staklene bašte izazvanog emisijom tzv. gasova staklene bašte. To dalje vodi do porasta globalne temperature i svih negativnih efekata koji to prate. Energetski sistemi koji bi koristili vodonik kao medijum za manipulaciju energijom (skladištenje, transport i upotrebu), a koji bi bio dobijen korišćenjem ĉistih, tj. nefosilnih tehnologija, bi omogućili ekološki i energetski održiv naĉin opskrbljivanja energijom u budućnosti. Vodoniĉne gorivne ćelije, kao ureċaji koji konvertuju hemijsku energiju vodonika u elektriĉnu energiju, predstavljaju znaĉajan element vodoniĉne energetike. One tokom rada ne emituju štetne materije, a pri tome imaju relativno visoku efikasnost iskorišćenja goriva. Istraživanje gorivnih ćelija je vrlo aktuelno u svetu i njihov najveći broj se fokusira na povećanje efikasnosti, specifiĉne snage i razvoj što jeftinijih materijala, sa istim ili boljim svojstvima. Trenutno su najefikasnije gorivne ćelije sa protonskiprovodnom membranom (nafionom) i platinskim katalizatorima. MeĊutim, cena obe ove komponente, a posebno platine je visoka, a njena zastupljenost u prirodi mala da bi ove ćelije doživele širu primenu. Zato raste broj istraživanja u kojima se razvijaju gorivne ćelije sa alkalnim membranama, i u kojima je moguće koristiti ĉitav niz neplatinskih i široko dostupnih katalizatora. 6. Očekivani rezultati Na osnovu preliminarnih rezultata kandidata ustanovljeno je da: - sintetisane membrane na bazi polivinil alkohola već poseduju zadovoljavajuća svojstva za primenu u gorivnim ćelijama; - je moguće u budućim merenjima pratiti uticaj parametara sinteze, kao što su apsorbovana doza i brzina doze, na svojstva srebrnih ĉestica; 4
- katalizatori u tankom filmu na rotirajućoj elektrodi pokazuju dobru elektrohemijsku aktivnost, ali je neophodno u budućem istraživanju posvetiti pažnju povećanju iskorišćenosti katalizatora u elektrodi gorivne ćelije; - je potrebno naći optimalne spoljašnje uslove za što efikasniji rad gorivne ćelije; Rezultati koji se oĉekuju predstavljaće doprinos razvoju vodoniĉnih alkalnih gorivnih ćelija, kako sa nauĉnog, tako i sa praktiĉnog aspekta. Dobijeni rezultati govore o uticaju parametara gama-radijacione metode sinteze i post-radijacionih tretmana na svojstva umreženog polimera i srebrnih ĉestica. Konstruisanjem razliĉitih aparatura, omogućiće se ili je već omogućeno ispitivanje svojstava znaĉajnih za primenu u ćelijama, a samim tim i povezivanje ovih svojstava sa parametrima sinteze. S druge strane, uoĉena je mogućnost direktne pripreme katalitiĉkog mastila pomoću pomenute metode sinteze, što će se u daljem istraživanju detaljnije ispitivati, a konaĉan ishod bi uticao na skraćivanje vremena pripreme katalitiĉkog sloja. Na kraju, elektrohemijska ispitivanja gorivnih ćelija, sastavljenih od PVA membrane i srebrnog katalizatora, će pokazati kolike su njihove mogućnosti u pogledu efikasnosti konverzije energije (specifiĉna i gustina snage) u odnosu na komercijalne ćelije sa platinskim katalizatorima. 7. Najvažniji literaturni podaci koji podržavaju temu (do 10 jedinica) [1] McLean G. An assessment of alkaline fuel cell technology. Int J Hydrogen Energy 2002;27:507 26. doi:10.1016/s0360-3199(01)00181-1. [2] Stoševski I, Krstić J, Vokić N, Radosavljević M, Popović ZK, Miljanić Š. Improved Poly(vinyl alcohol) (PVA) based matrix as a potential solid electrolyte for electrochemical energy conversion devices, obtained by gamma irradiation. Energy 2015; 90:595 604. doi:10.1016/j.energy.2015.07.096 [3] Nikolic VM, Krkljes A, Popovic ZK, Lausevic Z V., Miljanic SS. On the use of gamma irradiation crosslinked PVA membranes in hydrogen fuel cells. Electrochem Commun 2007;9:2661 5. doi:10.1016/j.elecom.2007.08.022. [4] Huang CC, Liu YL, Pan WH, Chang CM, Shih CM, Chu HY, et al. Direct borohydride fuel cell performance using hydroxide-conducting polymeric nanocomposite electrolytes. J Polym Sci Part B Polym Phys 2013;51:1779 89. doi:10.1002/polb.23250. [5] Spendelow JS, Wieckowski A. Electrocatalysis of oxygen reduction and small alcohol oxidation in alkaline media. Phys Chem Chem Phys 2007;9:2654 75. doi:10.1039/b703315j. [6] Fazil a., Chetty R. Synthesis and Evaluation of Carbon Nanotubes Supported Silver Catalyst for Alkaline Fuel Cell. Electroanalysis 2014;26:2380 7. doi:10.1002/elan.201400246. [7] Boskovic I, Mentus S V., Pjescic M. Electrochemical behavior of an Ag/TiO2 composite surfaces. Electrochim Acta 2006;51:2793 9. doi:10.1016/j.electacta.2005.07.054. [8] Belloni J. Nucleation, growth and properties of nanoclusters studied by radiation chemistry: Application to catalysis. Catal Today 2006;113:141 56. doi:10.1016/j.cattod.2005.11.082. [9] Raistrick ID. Electrode assembly for use in a solid polymer electrolyte fuel cell. United States patent US 4876115. 1989 Oct 24. [10] Wilson MS, Gottesfeld S. Thin-film catalyst layers for polymer electrolyte fuel cell electrodes. J Appl Electrochem 1992;22:1 7. 5
D. Zaključak Na osnovu ĉinjenica iznetih u ovom izveštaju ocenjujemo da je predložena tema doktorske disertacije nauĉno zasnovana, te da će rezultati koji će iz nje proizaći predstavljati znaĉajan nauĉni doprinos razvoju vodoniĉne gorivne ćelije sa alkalnom membranom i neplatinskim katalizatorom, pri ĉemu će te komponenate biti napravljene metodom radijaciono-hemijske sinteze. U te svrhe, već su pronaċena originalna tehniĉka rešenja za ispitivanje gasne permeabilnosti i jonske provodljivosti membrana, ali i elektrohemijskih svojstava katalizatora i katalitiĉkih slojeva u uslovima gorivne ćelije, što može imati i širi praktiĉni znaĉaj. Napominjemo da je prilikom odbrane seminarskog rada u okviru predmeta Specijalni kurs zakljuĉeno da predloženu temu treba delimiĉno preformulisati i time je uĉiniti racionalnijom i jasnijom. Kandidat je kroz seminarski rad temu uspešno odbranio. Zbog svega navedenog ocenjujemo da su ispunjeni uslovi za prihvatanje ove prijave. Zato predlažemo Nastavno-nauĉnom veću Fakulteta za fiziĉku hemiju da kandidatu Ivanu Stoševskom, masteru fizikohemiĉaru, odobri izradu doktorske disertacije pod naslovom koji je delimiĉno izmenjen u odnosu na onaj koji je predložio kandidat i koji sada glasi: Vodonična alkalna gorivna ćelija sa membranom od polivinil alkohola i srebrnim katalizatorom. Za mentora je odreċen dr Šćepan Miljanić, redovni profesor Fakulteta za fiziĉku hemiju. Komisija dr Šćepan Miljanić, redovni profesor Univerzitet u Beogradu - Fakultet za fiziĉku hemiju dr Slavko Mentus, redovni profesor u penziji, Univerzitet u Beogradu - Fakultet za fiziĉku hemiju, akademik SANU dr Biljana Šljukić, docent Univerzitet u Beogradu - Fakultet za fiziĉku hemiju dr Zorica Kaĉarević-Popović, naučni savetnik Univerzitet u Beogradu - Institut za nukl. nauke Vinĉa U Beogradu, 30. novembra 2015. godine. 6