Technologie przyszłości, które nie chcą przekładać się na świat

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Z mojego punktu widzenia są to zwykłe sztuczki pasożytów. A wszystko to odbywa się tylko dla zysku (zysku)!

Dla obecnej cywilizacji wszystko to wydarzyło się w czasach Tesli. Ale pasożyty wtedy wyraźnie zrozumiały, że jeśli ludzie będą mieli dostęp do darmowej energii, skończą.

Wszystkie wynalazki zostały ukryte pod płótnem, gdzie wszystkie są teraz.

I tak będzie do momentu, kiedy obecny rozwój „nauki” nie pogrąży się w prawdziwym impasie. I albo pasożyty poddadzą się i otworzą skrzynię z wynalazkami wszystkich zabitych przez siebie naukowców (co jest mało prawdopodobne).

Lub pasożyty spróbują ponownie zorganizować katastrofę na skalę planetarną, aby zepchnąć wszystkich z powrotem do epoki kamienia i zacząć wszystko od nowa - dla nich jest to idealna opcja.

Z czym będziemy „zjadać”?

To paradoks, ale mimo ogromnej drogi, jaką przebyła elektronika przez ostatnie 30 lat, wszystkie urządzenia mobilne wciąż są wyposażone w akumulatory litowo-jonowe, które weszły na rynek już w 1991 roku, kiedy zwykły odtwarzacz CD był szczytem inżynierii myśl w technologii przenośnej.

Wiele użytecznych właściwości nowych próbek w elektronice i gadżetach niweluje skąpy czas zasilania tych urządzeń z mobilnej baterii. Mydło naukowe i wynalazcy już dawno wystąpiliby naprzód, ale trzymają ich „kotwica” baterii.

Przyjrzyjmy się, jakie technologie mogą w przyszłości zmienić świat elektroniki.

Najpierw trochę historii

Najczęściej w urządzeniach mobilnych (laptopy, telefony komórkowe, PDA i inne) stosowane są baterie litowo-jonowe (Li-ion). Wynika to z ich przewagi nad powszechnie stosowanymi dotychczas akumulatorami niklowo-metalowo-wodorkowymi (Ni-MH) i niklowo-kadmowymi (Ni-Cd).

Akumulatory litowo-jonowe mają znacznie lepsze parametry. Należy jednak pamiętać, że akumulatory Ni-Cd mają jedną ważną zaletę: możliwość zapewnienia wysokich prądów rozładowania. Właściwość ta nie jest krytycznie istotna przy zasilaniu laptopów czy telefonów komórkowych (gdzie udział Li-ion sięga 80%, a ich udział jest coraz większy), ale jest sporo urządzeń, które pobierają duże prądy, np. wszelkiego rodzaju elektronarzędzi, golarek elektrycznych itp. str. Do tej pory urządzenia te były niemal wyłącznie domeną akumulatorów Ni-Cd. Jednak obecnie, zwłaszcza w związku z ograniczeniem stosowania kadmu zgodnie z dyrektywą RoHS, zintensyfikowano badania nad stworzeniem baterii bezkadmowych o wysokim prądzie rozładowania.

Ogniwa pierwotne („baterie”) z anodą litową pojawiły się na początku lat 70. XX wieku i szybko znalazły zastosowanie ze względu na wysoką energię właściwą i inne zalety. W ten sposób zrealizowano wieloletnie pragnienie stworzenia chemicznego źródła prądu z najbardziej aktywnym reduktorem, metalem alkalicznym, co umożliwiło radykalne zwiększenie zarówno napięcia roboczego akumulatora, jak i jego energii właściwej. Jeśli rozwój ogniw pierwotnych z anodą litową zakończył się stosunkowo szybkim sukcesem i takie ogniwa mocno zajęły miejsce zasilania urządzeń przenośnych, to tworzenie baterii litowych napotykało na fundamentalne trudności, których przezwyciężenie zajęło ponad 20 lat.

Po wielu testach w latach 80. okazało się, że problem baterii litowych jest skręcony wokół elektrod litowych. Dokładniej, wokół działania litu: procesy zachodzące podczas pracy doprowadziły w końcu do gwałtownej reakcji, zwanej „wentylacją z emisją płomienia”. W 1991 roku do fabryk wycofano dużą liczbę akumulatorów litowych, które po raz pierwszy zastosowano jako źródło zasilania telefonów komórkowych. Powodem jest to, że podczas rozmowy, gdy pobór prądu jest maksymalny, z akumulatora wydobywał się płomień palący twarz użytkownika telefonu komórkowego.

Ze względu na niestabilność właściwą litowi metalicznemu, zwłaszcza podczas ładowania, badania przeniosły się na dziedzinę tworzenia baterii bez użycia Li, ale z wykorzystaniem jego jonów. Chociaż akumulatory litowo-jonowe zapewniają minimalnie niższą gęstość energii niż akumulatory litowe, akumulatory litowo-jonowe są bezpieczne, gdy mają zapewnione prawidłowe warunki ładowania i rozładowania. Jednak oni nie jest odporny na eksplozje.

Również w tym kierunku, podczas gdy wszystko stara się rozwijać, a nie stać w miejscu. Na przykład naukowcy z Uniwersytetu Technologicznego Nanyang (Singapur) opracowali nowy typ akumulatora litowo-jonowego o rekordowej wydajności … Najpierw ładuje się w 2 minuty do 70% swojej maksymalnej pojemności. Po drugie, bateria działa prawie bez degradacji od ponad 20 lat.

Czego możemy się spodziewać dalej?

Sód

Zdaniem wielu badaczy, to właśnie ten metal alkaliczny powinien zastąpić drogi i rzadki lit, który ponadto jest aktywny chemicznie i niebezpieczny dla ognia. Zasada działania baterii sodowych jest podobna do litowej - do przenoszenia ładunku wykorzystują jony metali.

Od wielu lat naukowcy z różnych laboratoriów i instytutów zmagają się z wadami technologii sodowej, takimi jak powolne ładowanie i niskie prądy. Niektórym udało się rozwiązać problem. Na przykład przedprodukcyjne próbki akumulatorów poadBit są ładowane w ciągu pięciu minut i mają półtora do dwóch razy większą pojemność. Po otrzymaniu kilku nagród w Europie, takich jak Innovation Radar Prize, Eureka Innovest Award i kilka innych, firma przeszła do certyfikacji, budowy fabryk i uzyskiwania patentów.

Grafen

Grafen to płaska sieć krystaliczna atomów węgla o grubości jednego atomu. Dzięki ogromnej powierzchni w zwartej objętości, zdolnej do magazynowania ładunku, grafen jest idealnym rozwiązaniem do tworzenia kompaktowych superkondensatorów.

Istnieją już modele eksperymentalne o pojemności do 10 000 Faradów! Taki superkondensator został stworzony przez Sunvault Energy w połączeniu z Edison Power. Deweloperzy twierdzą, że w przyszłości zaprezentują model, którego energia wystarczy do zasilania całego domu.

Takie superkondensatory mają wiele zalet: możliwość niemal natychmiastowego ładowania, przyjazność dla środowiska, bezpieczeństwo, zwartość, a także niski koszt. Dzięki nowej technologii wytwarzania grafenu, zbliżonej do drukowania na drukarce 3D, Sunvault obiecuje koszt baterii prawie dziesięciokrotnie niższy niż w przypadku technologii litowo-jonowych. Jednak do produkcji przemysłowej jeszcze daleko.

Sanvault ma również konkurentów. Grupa naukowców z Uniwersytetu w Swinburn w Australii również zaprezentowała superkondensator grafenowy, który ma pojemność porównywalną do akumulatorów litowo-jonowych. Można go naładować w kilka sekund. Ponadto jest elastyczny, co pozwoli na zastosowanie go w urządzeniach o różnych kształtach, a nawet w eleganckich ubraniach.

Baterie atomowe

Baterie jądrowe są nadal bardzo drogie. Kilka lat temu było Oto informacje o baterii jądrowej. W niedalekiej przyszłości nie będą w stanie konkurować ze znanymi akumulatorami litowo-jonowymi, ale nie można o nich nie wspomnieć, bo źródła, które nieprzerwanie od 50 lat wytwarzają energię, są znacznie ciekawsze niż akumulatory.

Ich zasada działania jest w pewnym sensie podobna do działania ogniw słonecznych, tyle że zamiast słońca źródłem energii w nich są izotopy z promieniowaniem beta, które jest następnie pochłaniane przez elementy półprzewodnikowe.

W przeciwieństwie do promieniowania gamma, promieniowanie beta jest praktycznie nieszkodliwe. Jest to strumień naładowanych cząstek i jest łatwo osłonięty cienkimi warstwami specjalnych materiałów. Jest również aktywnie wchłaniany przez powietrze.

Obecnie rozwój takich akumulatorów odbywa się w wielu instytutach. W Rosji NUST MISIS, MIPT i NPO Luch ogłosiły wspólną pracę w tym kierunku. Wcześniej podobny projekt uruchomiła Politechnika Tomska. W obu projektach główną substancją jest nikiel-63, otrzymywany przez napromieniowanie neutronami izotopu niklu-62 w reaktorze jądrowym z dalszą obróbką radiochemiczną i separacją w wirówkach gazowych. Pierwszy prototyp baterii powinien być gotowy w 2017 roku.

Jednak takie zasilacze beta-woltaiczne są energooszczędne i niezwykle drogie. W przypadku rozwoju rosyjskiego szacowany koszt miniaturowego źródła zasilania może wynieść nawet 4,5 miliona rubli.

Nickel-63 ma również konkurentów. Na przykład University of Missouri od dawna eksperymentuje ze strontem-90, a miniaturowe baterie beta-woltaiczne na bazie trytu można znaleźć w handlu. Za cenę rzędu tysiąca dolarów są w stanie zasilać różne rozruszniki serca, czujniki lub kompensować samorozładowanie akumulatorów litowo-jonowych.

Eksperci na razie są spokojni

Mimo podejścia do masowej produkcji pierwszych baterii sodowych i aktywnych prac nad zasilaczami grafenowymi, eksperci branżowi nie przewidują rewolucji na najbliższe lata.

Firma Liteko, która działa pod skrzydłem Rusnano i produkuje akumulatory litowo-jonowe w Rosji, uważa, że na razie nie ma powodów do spowolnienia wzrostu rynku. „Stały popyt na akumulatory litowo-jonowe wynika przede wszystkim z ich wysokiej energii właściwej (magazynowanej na jednostkę masy lub objętości). Według tego parametru nie mają one obecnie konkurentów wśród ładowalnych chemicznych źródeł energii produkowanych seryjnie” komentarze w firmie.

Jednak w przypadku komercyjnego sukcesu tych samych baterii sodowych poadBit, rynek może zostać sformatowany w ciągu kilku lat. Chyba że właściciele i udziałowcy chcą dorobić na nowej technologii.