Bachelor's Thesis

Preparation of a laboratory task with a focus on hydrogen energy storage

Final Thesis 8.61 MB Appendix 14.8 MB

Author of thesis: Bc. Lukáš Tišnovský

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. RNDr. Petr Vanýsek, CSc.

Reviewer: doc. Ing. Vítězslav Novák, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis focuses on the design and implementation of a laboratory task related to hydrogen and a metal hydride–based hydrogen storage system. The thesis includes the design and construction of a control and measurement unit that enables operation of the laboratory setup and data acquisition to a computer.

Keywords:

Hydrogen, metal hydride storage, water electrolysis, hydrogen storage, laboratory experiment

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s cíli a řešením závěrečné vysokoškolské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta. Otázky komise: Jak je uskladněn metalhydrid na vašem pracovišti? Je už vytvořený manuál pro studenty? Lze grafické rozhraní řídicí jednotky zjednodušit? Není tato úloha nebezpečná? Student uspokojivě otázky zodpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics and Technology (BPC-MET)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Maxa, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Kristýna Jandová, Ph.D. (člen)
Ing. Roman Prokop, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Vanýsek, CSc. (předseda)
doc. Ing. Petr Křivík, Ph.D. (člen)
Ing. Ondřej Čech, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. RNDr. Petr Vanýsek, CSc.

Cílem bakalářské práce bylo provést rešerši možností ukládání energie ve formě vodíku, navrhnout laboratorní úlohu zaměřenou na vodíkové úložiště energie, zajistit potřebné vybavení, realizovat měřicí a řídicí přípravek a ověřit funkčnost navrženého řešení.

Student se během řešení práce zaměřil především na praktickou stránku zadání. Navrhl a realizoval kompletní laboratorní přípravek umožňující řízené nabíjení a vybíjení metalhydridového zásobníku vodíku, včetně návrhu elektroniky, mechanického uspořádání, firmware řídicí jednotky i doprovodného programového vybavení pro komunikaci s počítačem. Součástí práce bylo také sestavení vodíkového okruhu, integrace jednotlivých komponent a ověření funkčnosti zařízení experimentálním měřením.

Za největší přínos práce považuji skutečnost, že výsledkem není pouze návrh, ale plně funkční laboratorní zařízení použitelné ve výuce. Student při realizaci prokázal schopnost samostatně řešit problémy napříč několika technickými oblastmi, zejména v návrhu elektroniky, programování mikrokontrolerů, konstrukčním návrhu i praktické montáži systému. V průběhu řešení bylo nutné řešit řadu dílčích technických problémů souvisejících s prací s vodíkem, výběrem vhodných komponent, měřením průtoků a zajištěním bezpečného provozu zařízení. Zde musím také vyzdvihnout samostatný přístup k práci a řešení jednotlivých problémů. Student přicházel na konzultace s otázkami, ale přinášel i svá vlastní řešení pro diskusi.

Textová část práce však nedosahuje stejné úrovně jako část praktická. Rešeršní část je zpracována poměrně stručně a mohla by být podrobnější, zejména s ohledem na širší kontext problematiky ukládání energie ve formě vodíku. Zde by bylo vhodné podotknout, že bežně uváděné kánonické principy ukládání vodíku, tedy vhodná osnova pro rešerši první části zadání, v podstatě chybí.  V některých kapitolách práce přechází spíše do podoby technické dokumentace vytvořeného zařízení a chybí hlubší technická analýza či diskuse navržených řešení. Omezený prostor je věnován také vyhodnocení dosažených výsledků a jejich kritickému zhodnocení. V textu se rovněž objevují dílčí stylistické a formální nedostatky, které svědčí o tom, že závěrečná redakční úprava práce již nebyla provedena s dostatečnou pečlivostí.

Přes uvedené výhrady považuji práci za přínosnou. Přesto, že vhodnost ukládání vodíku v metalhydridu je uvedena pouze implicitně tím, že jsou využívána komerčně dostupná úložiště, student splnil hlavní cíle zadání a vytvořil funkční laboratorní přípravek, který bude možné dále využívat při výuce. Dokumentace obsluhy zařízení je v textu pouze rudimentální. Nicméně, praktická inženýrská realizace představuje rozsáhlý objem práce a její kvalita významně převyšuje úroveň zpracování textové části. Zejména toto praktické težiště práce a její objem je třeba posuzovat při hodnocení splnění implicitního cíle zadání.

Student pracoval samostatně, pravidelně konzultoval postup řešení a prokázal schopnost samostatně získávat potřebné konstrukční informace i realizovat navržené technické řešení.


Závěr
Předložená bakalářská práce splňuje požadavky kladené na bakalářské práce ve studijním programu Mikroelektronika a technologie a doporučuji ji k obhajobě. Points proposed by supervisor: 70

Grade proposed by supervisor: C

Výstupem bakalářské práce „Příprava laboratorní úlohy se zaměřením na vodíkové úložiště energie“ studenta Lukáše Tišnovského je řídící systém, který umožňuje ovládání hmotnostních průtokoměrů se současným zaznamenáváním hodnot průtoků, tlaků, teploty a případně dalších parametrů. Systém může pracovat jako samostatná jednotka, stejně jako zařízení připojené k PC, se kterým obousměrně komunikuje. Může být z PC řízeno a také na PC odesílá měřená data k dalšímu zpracování. Takovéto zařízení je velmi potřebné a užitečné. Umožňuje posunout úroveň laboratorní úlohy z předvedení principu ukládání vodíku do metalhydridového úložiště na kvantitativní stanovení výkonových parametrů a účinností jednotlivých komponent, tedy elektrolyzéru, úložiště vodíku a palivového článku nebo systému jako celku. Student celý řídící systém navrhnul, sestavil, uvedl do provozu a ověřil jeho funkčnost. Praktická část tak představuje hlavní těžiště předkládané práce.
Teoretická část práce bohužel zdaleka nedosahuje kvalit praktické části. Rešeršní část působí velmi povrchním dojmem, kdy nejsou výsledky přehledně shrnuty v rámci jedné kapitoly nebo teoretického úvodu, ale spíše se závěry rešerše setkáváme v různých částech celé práce. Podobně chybí ucelený popis navrhované laboratorní úlohy. I zde se spíše z různých části textu spíše domníváme, jak je úloha asi navržena. Vlastní text práce často působí poměrně chaoticky a student často v rámci kapitol přeskakuje mezi různými tématy. Například v kapitole 1.1.3., věnované metalhydridovému zásobníku, se věnuje mimo jiné hoření vodíku, výpočtům energií hořením uvolněné a účinnostem palivového článku. Tato témata by zasloužila kapitolu vlastní. Práce obsahuje spoustu obrázků a tabulek. K velké škodě však nejsou většinou nijak komentovány. Chybí tak souvislosti mezi textem a vloženými obrázky, což orientaci v práci rozhodně nepřispívá.
Student se také neubránil různým nepřesným či zavádějícím formulacím. Například na str.11 u popisu malokapacitních systémů uvádí, že aktivní regulace teploty by nebyla vhodná „z důvodu zákona převrácených čtverců (anglicky inverse-square law)“. Zde jde pravděpodobně o pojmovou záměnu. Vztah mezi objemem (generování tepla) a povrchem (ztráta tepla) tělesa popisuje čtvercově-krychlový zákon (square-cube law). Zákon převrácených čtverců se týká intenzity záření či gravitace. V tabulce 1 je uveden výkon elektrolyzéru jako 100 l/h. U plynů je však bez definování tlaku a teploty hodnota objemu zavádějící. V textu na straně 44 však již správně pracuje s normálními litry (100Nl/h). V textu na straně 16 je uvedeno: „samotný navržený obvod pracuje na bezpečném nízkém napětí“. V předchozím textu však není žádný obvod zmiňován. Kapitola 2.1.6. je nazvaná „Praktický postup při měření“. Jednotlivé body však představují spíše algoritmus spouštění, resp. odstavování pracoviště, než postup měření konkrétní laboratorní úlohy.
Přes všechny výtky, zvláště pak s přihlédnutím k praktickému výstupu, doporučuji práci k obhajobě a hodnotím 62 body. Topics for thesis defence:
  1. Co je zákon převrácených čtverců? Odkud je citováno?
  2. Jaký typ termistoru NTC byl použit? Jaké jsou jeho parametry?
  3. V grafu na straně 47 je průtok vodíku uváděn v procentech. Proč tomu tak je? Kolik by bylo 100 %? Nebylo by vhodnější uvádět průtok v nějakých objemových jednotkách za čas?
  4. V práci postrádám seznam a syntaxi ovládacích příkazů. Můžete tento seznam uvést?
  5. Vzhledem ke komunikaci zařízení s PC, bylo by možné a účelné vytvořit přehledné ovládací prostředí namísto ovládání příkazovým řádkem?
Points proposed by reviewer: 62

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová