Әлемге аударғысы келмейтін болашақтың технологиялары

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 16:10

Менің көзқарасым бойынша, бұл паразиттердің үйреншікті айлалары. Ал мұның бәрі тек пайда (пайда) үшін жасалады!

Қазіргі өркениет үшін мұның бәрі Тесла кезінде болды. Бірақ паразиттер, егер адамдар бос энергияға қол жеткізе алса, олар жойылатынын анық түсінді.

Барлық өнертабыстар матаның астына жасырылған, олар қазір сол жерде.

Ал бұл «ғылымның» қазіргі дамуы нағыз тығырыққа тірелмеген сәтке дейін жалғаса береді. Немесе паразиттер өздері өлтірген барлық ғалымдардың өнертабыстарымен кеудесін ашады (бұл екіталай).

Немесе паразиттер барлығын тас дәуіріне қайтару және бәрін қайтадан бастау үшін планеталық масштабта апат ұйымдастыруға тырысады - олар үшін бұл тамаша нұсқа.

Біз немен «жейміз»?

Бұл парадокс, бірақ соңғы 30 жылда электроника жасаған орасан зор жолға қарамастан, барлық мобильді құрылғылар әлі де литий-ионды батареялармен жабдықталған, олар нарыққа 1991 жылы, әдеттегі CD ойнатқышы инженерия шыңы болған кезде кірді. портативті технологияда ойлау.

Электроника мен гаджеттердегі жаңа үлгілердің көптеген пайдалы қасиеттері осы құрылғыларды мобильді батареядан қуаттандырудың аз уақытымен теңестіріледі. Ғылыми сабын мен өнертапқыштар әлдеқашан алға қадам басқан еді, бірақ олар батареяның «зәкірінде» сақталады.

Болашақта қандай технологиялар электроника әлемін өзгерте алатынын қарастырайық.

Біріншіден, кішкене тарих

Көбінесе литий-ионды (Li-ion) батареялар мобильді құрылғыларда (ноутбуктар, ұялы телефондар, PDA және т.б.) қолданылады. Бұл олардың бұрын кеңінен қолданылған никель-металл гидридті (Ni-MH) және никель-кадмий (Ni-Cd) батареяларынан артықшылығына байланысты.

Ли-ионды батареялардың параметрлері әлдеқайда жақсы. Дегенмен, Ni-Cd батареяларының бір маңызды артықшылығы бар екенін есте ұстаған жөн: жоғары разрядтық токтарды қамтамасыз ету мүмкіндігі. Бұл қасиет ноутбуктерді немесе ұялы телефондарды қуаттандыру кезінде маңызды емес (мұнда Li-ion үлесі 80% жетеді және олардың үлесі барған сайын артып келеді), бірақ жоғары токты тұтынатын құрылғылар өте аз, мысалы, барлық түрлер. электр аспаптарының, электр ұстаралардың және т.б. П. Осы уақытқа дейін бұл құрылғылар тек Ni-Cd батареяларының домені болды. Дегенмен, қазіргі уақытта, әсіресе, RoHS директивасына сәйкес кадмийді пайдалануды шектеуге байланысты, жоғары разрядтық токпен кадмийсіз аккумуляторларды құру бойынша зерттеулер күшейді.

Литий аноды бар бастапқы ұяшықтар («батареялар») 20-шы ғасырдың 70-жылдарының басында пайда болды және олардың жоғары меншікті энергиясы мен басқа да артықшылықтарының арқасында қолдануды тез тапты. Осылайша, аккумулятордың жұмыс кернеуін де, оның меншікті энергиясын да күрт арттыруға мүмкіндік беретін ең белсенді тотықсыздандырғышпен, сілтілі металмен химиялық ток көзін құруға көптен бергі ұмтылыс жүзеге асты. Егер литий аноды бар бастапқы жасушалардың дамуы салыстырмалы түрде жылдам табысқа ие болса және мұндай ұяшықтар портативті жабдықтың қуат көзі ретінде өз орнын алған болса, литий батареяларын жасау түбегейлі қиындықтарға тап болды, оны жеңуге 20 жылдан астам уақыт қажет болды.

1980 жылдардағы көптеген сынақтардан кейін литий батареяларының мәселесі литий электродтарының айналасында бұралғандығы анықталды. Дәлірек айтқанда, литийдің белсенділігінің айналасында: жұмыс кезінде орын алған процестер, соңында «жалынның шығуымен желдету» деп аталатын күшті реакцияға әкелді. 1991 жылы литий қайта зарядталатын батареялардың үлкен саны өндіріс орындарына қайтарылды, олар алғаш рет ұялы телефондар үшін қуат көзі ретінде пайдаланылды. Себебі, сөйлесу кезінде ток тұтыну максималды болған кезде батареядан жалын шығып, ұялы телефон қолданушының бетін күйдіріп жіберген.

Металл литийге тән тұрақсыздыққа байланысты, әсіресе зарядтау кезінде, зерттеулер Li-ны қолданбай, бірақ оның иондарын пайдалану арқылы аккумулятор жасау саласына көшті. Литий-ионды батареялар литий батареяларына қарағанда энергия тығыздығын азырақ қамтамасыз еткенімен, литий-ионды батареялар дұрыс зарядтау және разряд шарттарымен қамтамасыз етілгенде қауіпсіз. Дегенмен, олар жарылыстарға қарсы емес.

Бұл бағытта да бәрі дамып, бір орында тұрмай ұмтылуда. Мысалы, Наньян технологиялық университетінің (Сингапур) ғалымдары дамыды рекордтық өнімділігі бар литий-ионды аккумулятордың жаңа түрі … Біріншіден, ол 2 минут ішінде максималды сыйымдылығының 70% дейін зарядтайды. Екіншіден, батарея 20 жылдан астам уақыт бойы деградациясыз жұмыс істейді.

Бұдан әрі не күтуге болады?

Натрий

Көптеген зерттеушілердің пікірінше, дәл осы сілтілі метал қымбат және сирек кездесетін литийді алмастыруы керек, сонымен қатар ол химиялық белсенді және өрт қауіпті. Натрий батареяларының жұмыс принципі литийге ұқсас - зарядты тасымалдау үшін олар металл иондарын пайдаланады.

Көптеген жылдар бойы әртүрлі зертханалар мен институттардың ғалымдары натрий технологиясының баяу зарядтау және төмен ток сияқты кемшіліктерімен күресті. Олардың кейбіреулері мәселені шеше алды. Мысалы, poadBit батареяларының өндіріске дейінгі үлгілері бес минутта зарядталады және бір жарым-екі есе сыйымдылыққа ие. Еуропада Инновациялық радар сыйлығы, Эврика Инновест сыйлығы және басқа да бірнеше марапаттарды алғаннан кейін компания сертификаттауға, зауыт салуға және патент алуға көшті.

Графен

Графен - қалыңдығы бір атомнан тұратын көміртегі атомдарының жалпақ кристалдық торы. Зарядты сақтауға қабілетті ықшам көлемдегі үлкен бетінің арқасында графен ықшам суперконденсаторларды жасау үшін тамаша шешім болып табылады.

Қазірдің өзінде 10 000 Фарадқа дейінгі сыйымдылығы бар эксперименталды модельдер бар! Мұндай суперконденсаторды Sunvault Energy компаниясы Edison Power компаниясымен бірлесіп жасаған. Әзірлеушілер болашақта энергиясы бүкіл үйді қуаттандыруға жететін модельді ұсынатынын мәлімдейді.

Мұндай суперконденсаторлардың көптеген артықшылықтары бар: дерлік зарядтау мүмкіндігі, экологиялық тазалық, қауіпсіздік, жинақылық, сонымен қатар төмен баға. 3D принтерде басып шығаруға ұқсас графен өндірудің жаңа технологиясының арқасында Sunvault аккумуляторлардың құнын литий-иондық технологияларға қарағанда он есе дерлік төмен деп уәде етеді. Дегенмен, өнеркәсіптік өндіріс әлі де алыс.

Sanvault-тың бәсекелестері де бар. Австралияның Суинберн университетінің бір топ ғалымдары да сыйымдылығы жағынан литий-ионды батареялармен салыстыруға болатын графенді суперконденсаторды ашты. Оны бірнеше секундта зарядтауға болады. Сонымен қатар, ол икемді, бұл оны әртүрлі форма факторларының құрылғыларында, тіпті ақылды киімдерде де қолдануға мүмкіндік береді.

Атомдық батареялар

Ядролық батареялар әлі де өте қымбат. Бір-екі жыл бұрын болған Міне, ядролық батарея туралы ақпарат. Жақын болашақта олар таныс литий-иондық аккумуляторлармен бәсекеге түсе алмайды, бірақ біз оларды атап өтуге болмайды, өйткені 50 жыл бойы үздіксіз энергия өндіретін көздер қайта зарядталатын батареяларға қарағанда әлдеқайда қызықты.

Олардың жұмыс істеу принципі белгілі бір мағынада күн батареяларының жұмысына ұқсас, тек күннің орнына олардағы энергия көзі бета-сәулеленуі бар изотоптар болып табылады, содан кейін олар жартылай өткізгіш элементтермен жұтылады.

Гамма-сәулеленуден айырмашылығы, бета-сәулелену іс жүзінде зиянсыз. Бұл зарядталған бөлшектердің ағыны және арнайы материалдардың жұқа қабаттарымен оңай қорғалады. Ол сондай-ақ ауамен белсенді түрде сіңеді.

Бүгінгі күні мұндай батареяларды әзірлеу көптеген институттарда жүзеге асырылады. Ресейде NUST MISIS, MIPT және NPO Luch осы бағыттағы бірлескен жұмыстарын жариялады. Бұған дейін осындай жобаны Томск политехникалық университеті қолға алған болатын. Екі жобада да негізгі зат никель-63 болып табылады, никель-62 изотопын ядролық реакторда одан әрі радиохимиялық өңдеу және газ центрифугаларында бөлу арқылы нейтронды сәулелену арқылы алынған. Батареяның алғашқы прототипі 2017 жылы дайын болуы керек.

Дегенмен, мұндай бета-вольталық қуат көздері төмен қуат және өте қымбат. Ресейлік даму жағдайында миниатюралық қуат көзінің болжалды құны 4,5 миллион рубльге дейін болуы мүмкін.

Никель-63-тің де бәсекелестері бар. Мысалы, Миссури университеті стронций-90-мен ұзақ уақыт бойы тәжірибе жасап келеді және тритий негізіндегі миниатюралық бета-вольталық батареяларды коммерциялық түрде табуға болады. Аймақта мың доллар тұратын бағамен олар әртүрлі кардиостимуляторларды, сенсорларды қуаттай алады немесе литий-ионды батареялардың өздігінен зарядсыздануын өтей алады.

Мамандар әзірге тыныш

Алғашқы натрий аккумуляторларын жаппай өндіруге және графенді қуат көздеріндегі белсенді жұмыстарға қарамастан, сала мамандары алдағы бірнеше жылда ешқандай революцияны болжамайды.

Руснаноның қанатының астында жұмыс істейтін және Ресейде литий-ионды аккумуляторларды шығаратын Liteko компаниясы әзірге нарықтың өсуінің баяулауына ешқандай себеп жоқ деп санайды. "Литий-иондық аккумуляторларға деген тұрақты сұраныс, ең алдымен, олардың жоғары меншікті энергиясымен (масса немесе көлем бірлігіне жинақталады). Осы параметрге сәйкес, олардың қазіргі уақытта сериялық түрде шығарылатын қайта зарядталатын химиялық қуат көздерінің арасында бәсекелестері жоқ", - деді ол. компаниядағы пікірлер.

Дегенмен, сол натрий poadBit аккумуляторларының коммерциялық табысқа жетуі жағдайында нарықты бірнеше жылдар ішінде қайта пішімдеуге болады. Меншік иелері мен акционерлер жаңа технология бойынша қосымша ақша тапқысы келмесе.