Політичний ФОРУМ
Спорт/Авто/Техно => Тема розпочата: Мазепа, Київ від 11 грудня 2016 16:16:11
-
Большой вес и недостаточная емкость традиционных источников тока стали преградой для дальнейшего развития техники и способствовали разработке новых технологий
Об этих устройствах мы вспоминаем разве что в случаях, когда в неподходящий момент гаснет экран смартфона или на морозе перестает заводиться автомобиль. Они всегда остаются в тени рядом с другими составляющими окружающей нас техники. Мы скорее обратим внимание на диагональ экрана гаджета, качество камеры в нем или (в случае машины) на мощность двигателя… Но чем дальше, тем сильнее ощущается зависимость технического прогресса от свойств аккумуляторов электрической энергии.
ФИНАЛ ЭПОХИ ЛИТИЙ-ИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
В современной технике в подавляющем большинстве случаев используются накопители электрической энергии, построенные по одному и тому же принципу: в непроницаемом корпусе располагается пара электродов из различных материалов, помещенных в электролит — раствор специально подобранных веществ. Уже сотню лет назад аккумуляторные батареи перестали выглядеть, как на картинках из старинных учебников — узкие цилиндры, помещенные в банку с соляным раствором. Сейчас они представляют собой тоненькие полоски, переложенные пористым материалом, пропитанным электролитом, и упакованные в компактный корпус.
В последнюю четверть века наиболее распространенным типом аккумуляторов стали так называемые литий-ионные (разработаны почти век назад, но в промышленных масштабах начали производится только с 1991 г.). В них один из электродов изготовлен из литийсодержащего вещества, второй — из графита. Широкое распространение этих устройств обусловлено солидным перечнем преимуществ: заряжаются гораздо быстрее своих предшественников, более емкие, служат долго. В последние годы удалось приспособить их (увеличить максимальный ток разряда и емкость) для работы с мощным оборудованием — например, электродвигателями. Поэтому литий-ионные аккумуляторы используются почти повсеместно — они питают и мелкую бытовую электронику, и все активнее входящие в нашу жизнь электрокары. Однако все идет к тому, что настало время искать замену этой вполне оправдывавшей себя последнюю четверть века технологии.
Справедливости ради следует отметить, что в автомобилестроении до сих пор незаменимыми остаются свинцово-кислотные аккумуляторы: большая мощность в сочетании с дешевизной и надежностью перекрывают их недостатки (например, значительные габариты и вес).
ТЕХНОЛОГИИ, КОТОРЫЕ ПРИХОДЯТ НА СМЕНУ БАТАРЕЙКЕ
Итак, литий-ионные аккумуляторы при всех их плюсах уже не справляются с растущими запросами человечества, и особенно это заметно в автомобилестроении. Такие накопители довольно тяжелы (хотя и несравнимо легче их свинцово-кислотных собратьев) и, что гораздо серьезней, — не обладают емкостью, нужной для достаточно большого пробега авто без подзарядки. Такая особенность вынуждает компании тратиться на дорогостоящую инфраструктуру в виде густой сети зарядных станций. Наконец, хоть и очень редко, но такие аккумуляторы могут загораться и взрываться. Поиски альтернатив этому типу батарей сегодня интенсивно ведутся во многих странах.
ГРАФЕН. Одно из самых перспективных (и разрекламированных в средствах массовой информации) направлений в технике — разработка новых материалов из атомов углерода. На подобные наноматериалы возлагаются особые надежды из-за недостижимых в других веществах прочности, веса, электрических свойств и еще доброго десятка параметров. Так, очень перспективным считается материал графен, представляющий собой плоскую сетку толщиной в атом из шестиугольников, в вершинах которой находятся атомы углерода.
Совсем недавно испанская компания Graphenano представила один из первых полноценных, готовых к выходу на рынок графеновых аккумуляторов, и эту батарею уже можно считать очень серьезным конкурентом литий-ионным собратьям. Ведь новинка в 2 раза легче, почти на 80% дешевле, а заряжается на треть быстрее своих собратьев. Наконец, графеновый аккумулятор не выделяет никаких газов и не взрывоопасен.
Вскоре после сообщения испанцев на презентации в Пекине публике представили китайский графеновый аккумулятор для бытовой электроники. Детище компании Dongxu Optoelectronics обладает емкостью в 4800 мАч (предполагается, что у iPhone 7 будет батарея емкостью 1960 мАч), полностью заряжается это китайское чудо за четверть часа и выдерживает 3,5 тыс. циклов зарядки-разрядки. Эти показатели в 5—7 раз превосходят показатели литий-ионной батареи. Правда, китайцы ничего не сказали о дате выхода батареи на рынок. В любом случае, судя по двум приведенным анонсам, ждать массового появления графеновых накопителей осталось недолго.
new_image2_235
Перспектива. Аккумуляторы из графена вот-вот выйдут на рынок.
ВОДОРОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. В этих устройствах выработка электроэнергии осуществляется за счет соединения ионов водорода с электронами металлических электродов. Однако помимо габаритов труднейшей преградой для широкого внедрения этого типа аккумуляторных батарей является отсутствие компактных и безопасных способов хранения водорода (напомним, что в смеси с кислородом воздуха этот газ взрывоопасен). Если судить по частым публикациям в СМИ, во всем мире сейчас идет энергичный поиск полимеров, которые могли бы безопасно накапливать водород, как губка, и отдавать его по мере необходимости. В 2015 г. британская компания Intelligent Energy анонсировала конструкцию водородного аккумулятора, способного прийти на смену литий-ионным. На рынке новая батарейка должна появиться через пару лет. По утверждению разработчиков, форм-фактор новых источников энергии позволит устанавливать их в уже существующие гаджеты, разве что крышка понадобится усовершенствованная — ведь при работе водородного аккумулятора выделяется водяной пар, и его нужно отводить из корпуса. Зато работать такой пыхтящий паром смартфон сможет неделю без подзарядки.
Водородные батареи. Совместимы с существующими гаджетами.
ПРОТОЧНЫЕ СИСТЕМЫ. В этом виде перезаряжаемых источников питания энергия генерируется при взаимодействии двух жидкостей, разделенных мембраной, способной пропускать заряженные частицы. Жидкие электролиты хранятся в двух внешних емкостях. Если прокачивать жидкости через ячейку с мембраной, то при движении они начнут обмениваться ионами и вырабатывать электрический ток. Обратный процесс позволяет накапливать энергию в электролитах. Важнейшее преимущество проточных аккумуляторов заключается в возможности хранения электролитов в емкостях, отдельно от электродов (в привычных нам источниках энергии все составляющие втиснуты в один корпус). Для увеличения мощности батареи нужно просто взять бочки побольше, увеличив объем контейнера. Это делает аккумулятор идеально пригодным для хранения больших запасов энергии. Правда, пока этот вид накопителей не может конкурировать с популярными литий-ионными батареями.
Проточные аккумуляторы могут найти применение там, где нет ограничений в размерах устройства, но важна стоимость энергии. Например, их можно размещать в подсобных помещениях жилых домов или на электростанциях — для сглаживания пиков потребления. Очень перспективно смотрится работа проточных аккумуляторов в дуэте с солнечными батареями и ветрогенераторами. Если объем резервуара с электролитами сделать больше 2 тыс. литров, то за день вполне можно запастись энергией для обеспечения суточных потребностей всего дома.
Есть, впрочем, и серьезный недостаток, мешающий развитию проточных аккумуляторов: высокая токсичность используемых в электролитах веществ.
new_image4_167
Объемная вещь. Проточные аккумуляторы громоздкие, но емкие.
ЯДЕРНЫЕ БАТАРЕЙКИ. При воздействии радиоактивного излучения на алмаз, этот минерал генерирует слабый электрический ток. А алмаз — тот же графит, только имеющий иное строение. Ученые Бристольского университета предложили изготовлять искусственные алмазы из радиоактивного графита. Получается, что кристалл станет и источником излучения, и ячейкой для выработки энергии. Даже источник нужного сырья найден: им может стать радиоактивный графит, в больших количествах образующийся при работе ядерных реакторов.
Хотя значительной мощностью такая ядерная батарейка не отличается, но зато может обеспечивать стабильное напряжение и ток на протяжении тысячи лет (период полураспада углерода-14, изотопа, из которого предлагается изготовлять батареи, — 5,7 тыс. лет). Для того, чтобы экранировать опасное радиоактивное излучение, сопровождающее работу такого устройства, предлагается покрывать его оболочкой из того же алмаза, но уже из нерадиоактивного. Таким образом, радиоактивные изотопы оказываются абсолютно изолированными от окружающей среды в твердейшем непроницаемом футляре. Применение ядерным батарейкам можно найти повсюду, где требуется очень стабильное электроснабжение небольшой мощности на протяжении длительного времени. Например, всевозможные приборы, вживленные в тело человека (наподобие кардиостимуляторов). Дополнительная выгода от широкого внедрения таких элементов питания — возможность хотя бы частично утилизировать горы опасных радиоактивных отходов.
-
ВОДОРОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. В этих устройствах выработка электроэнергии осуществляется за счет соединения ионов водорода с электронами металлических электродов - це справжній шедевр.
Цікаво, це ваша думка чи ви її десь прочитали?
А які хімічні процеси відбуваються в так званих графенових акумуляторах?
-
ВОДОРОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. В этих устройствах выработка электроэнергии осуществляется за счет соединения ионов водорода с электронами металлических электродов - це справжній шедевр.
Цікаво, це ваша думка чи ви її десь прочитали?
А які хімічні процеси відбуваються в так званих графенових акумуляторах?
походу тут помилка в визначеннях
не акумулятор, а графеновий конденсатор
-
Весь текст - шлак от профессиональных п***а-засырателей интернета (так называемые "рерайтеры" ).
Сидит такой себе студент троечник филфака или мамаша с ПТУшным образованием, разводит водой надерганные из интернета факты вперемешку с псевдонаучной чушью и готов материал в теме в которой он ничерта не смыслиит. Он себе десять баксов за несколько тысяч знаков получил и всё. А потом серьезные люди тратят сотни и тысячи часов на прочтение этого "материала", связь с реальностью которого зачастую меньше, чем у древнегреческих эпосов.
Вот как наш местный мудак наффи - тягает на ФУП разное говно, с единой целью - засрать людям мозг. А фупчеги ведутся.
-
ВОДОРОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. В этих устройствах выработка электроэнергии осуществляется за счет соединения ионов водорода с электронами металлических электродов - це справжній шедевр.
Цікаво, це ваша думка чи ви її десь прочитали?
А які хімічні процеси відбуваються в так званих графенових акумуляторах?
якщо Ви звертаєтесь до Мазепи, то він лише функція копі-пейсту
-
интересно, и углерод-14 можно использовать аналогично полонию в качестве радиоактивного отравляющего вещества?
он же может быть в любом органическом соединении и получить его из "радиоактивного" алмаза особого труда не составит...
или он слишком слабый даже в больших дозах? :-)o
-
Про супер пупер конденсатори давно вже сказано, що це шлях в нікуди.
Я сам колись давно займався фахово цим питанням на тоді ще об єднанні ЛОРТА.
Приблизно 50 атомів можуть утримати один електрон, в хімічній реакції один атом літію може віддати електрон.
Густина літію нижча за вуглець.
В літій-іонних акумуляторах взагалі не відбувається звичних нам хімічних реакцій.
Зусилля дослідників акумуляторів направленні на збільшення ефективності активних мас електродів, на збільшення часу експлуатації, на розробці нових ефективних акумуляторів, зокрема на активних елементах магнії і алюмінії.
Водневий елемент зараз вже сильно здешевів, але де брати водень?
Промислово водень добувають при неповному згорянні природного газу, а не електролізом, як дехто думає.
Ну ї де тут екологія?
Крім того, 1 кубометр рідкого водню важить аж 80 кг, а бензину 750.
Крім того, матеріалів для зберігання водню дуже обмежена кількість, уявіть собі, що він має властивість просочуватись крізь кристалічні гратки металів.
А радіоактивний алмаз? Тут щось фантастикою пахне.
-
Видеоинструкция, как сделать графен на дому, была опубликована специалистами Гарвардской
школы инжиниринга и прикладных наук имени Джона Полсона.
moderated