Teknolojia za siku zijazo ambazo hazitaki kutafsiri ulimwenguni

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Kwa mtazamo wangu, hizi ni hila za kawaida za vimelea. Na haya yote yanafanywa kwa ajili ya faida tu (faida)!

Kwa ustaarabu wa sasa, haya yote yalitokea wakati wa Tesla. Lakini vimelea basi walielewa wazi kwamba ikiwa watu watapata nishati ya bure, wataisha.

Uvumbuzi wote ulifichwa chini ya kitambaa, ambapo wote ni sasa.

Na hii itaendelea hadi wakati ambapo maendeleo ya sasa ya "sayansi" hayajiziki katika hali halisi. Na ama vimelea vitajisalimisha na kufungua kifua na uvumbuzi wa wanasayansi wote waliowaua (jambo ambalo haliwezekani.)

Au vimelea vitajaribu tena kupanga janga kwa kiwango cha sayari ili kurudisha kila mtu kwenye Enzi ya Mawe na kuanza tena - kwao hii ndio chaguo bora.

"Tutakula" na nini?

Ni kitendawili, lakini licha ya njia kubwa ambayo umeme imefanya kwa miaka 30 iliyopita, vifaa vyote vya rununu bado vina betri za lithiamu-ion, ambazo ziliingia sokoni mapema kama 1991, wakati kicheza CD cha kawaida kilikuwa kilele cha uhandisi. mawazo katika teknolojia ya portable.

Sifa nyingi muhimu za sampuli mpya katika vifaa vya elektroniki na vifaa hupunguzwa na wakati mdogo wa usambazaji wa nguvu wa vifaa hivi kutoka kwa betri ya rununu. Sabuni ya kisayansi na wavumbuzi wangekuwa wamepiga hatua kwa muda mrefu uliopita, lakini huhifadhiwa na "nanga" ya betri.

Hebu tuangalie ni teknolojia gani zinaweza kubadilisha ulimwengu wa umeme katika siku zijazo.

Kwanza, historia kidogo

Mara nyingi, betri za lithiamu-ion (Li-ion) hutumiwa kwenye vifaa vya rununu (laptops, simu za rununu, PDA na zingine). Hii ni kutokana na faida zao juu ya hidridi ya nikeli-metali iliyotumiwa sana (Ni-MH) na betri za nickel-cadmium (Ni-Cd).

Betri za Li-ion zina vigezo bora zaidi. Hata hivyo, inapaswa kukumbushwa katika akili kwamba betri za Ni-Cd zina faida moja muhimu: uwezo wa kutoa mikondo ya juu ya kutokwa. Mali hii sio muhimu sana wakati wa kuwasha kompyuta za mkononi au simu za rununu (ambapo sehemu ya Li-ion inafikia 80% na sehemu yao inazidi kuwa zaidi), lakini kuna vifaa vichache ambavyo hutumia mikondo ya juu, kwa mfano, kila aina. ya zana za nguvu, shavers za umeme, nk. P. Hadi sasa, vifaa hivi vimekuwa karibu kikoa cha betri za Ni-Cd. Hata hivyo, kwa sasa, hasa kuhusiana na kizuizi cha matumizi ya cadmium kwa mujibu wa maagizo ya RoHS, utafiti juu ya kuundwa kwa betri zisizo na cadmium na sasa ya kutokwa kwa juu imeongezeka.

Seli za msingi ("betri") zilizo na anode ya lithiamu zilionekana mapema miaka ya 70 ya karne ya 20 na zilipata matumizi haraka kwa sababu ya nishati yao maalum na faida zingine. Kwa hivyo, tamaa ya muda mrefu ya kuunda chanzo cha sasa cha kemikali na wakala wa kupunguza kazi zaidi, chuma cha alkali, ilifanyika, ambayo ilifanya iwezekanavyo kuongeza kwa kasi voltage ya uendeshaji wa betri na nishati yake maalum. Ikiwa ukuzaji wa seli za msingi zilizo na anode ya lithiamu uliwekwa taji ya mafanikio ya haraka na seli kama hizo zilichukua mahali pao kama vifaa vya nguvu vya vifaa vya kubebeka, basi uundaji wa betri za lithiamu uliingia kwenye shida za kimsingi, ambazo zilichukua zaidi ya miaka 20 kushinda.

Baada ya majaribio mengi katika miaka ya 1980, iliibuka kuwa shida ya betri za lithiamu imepotoshwa karibu na elektroni za lithiamu. Kwa usahihi, karibu na shughuli za lithiamu: taratibu zilizofanyika wakati wa operesheni, mwishoni, zilisababisha mmenyuko mkali, unaoitwa "uingizaji hewa na utoaji wa moto". Mnamo 1991, idadi kubwa ya betri za lithiamu zinazoweza kuchajiwa zilirejeshwa kwa mitambo ya utengenezaji, ambayo ilitumika kwa mara ya kwanza kama chanzo cha nguvu kwa simu za rununu. Sababu ni kwamba wakati wa mazungumzo, wakati matumizi ya sasa ni ya juu, moto ulitolewa kutoka kwa betri, ukiwaka uso wa mtumiaji wa simu ya mkononi.

Kwa sababu ya kutokuwa na utulivu uliopo katika lithiamu ya metali, haswa wakati wa kuchaji, utafiti umehamia kwenye uwanja wa kuunda betri bila kutumia Li, lakini kwa kutumia ayoni zake. Ingawa betri za lithiamu-ioni hutoa msongamano wa nishati ya chini kidogo kuliko betri za lithiamu, betri za Li-ion ni salama zinapowekwa chaji sahihi na hali ya kutokwa. Hata hivyo, wao si kinga dhidi ya milipuko.

Katika mwelekeo huu, pia, wakati kila kitu kinajaribu kuendeleza na si kusimama bado. Kwa mfano, wanasayansi kutoka Chuo Kikuu cha Teknolojia cha Nanyang (Singapore) wameendelea aina mpya ya betri ya lithiamu-ioni yenye utendaji wa kuvunja rekodi … Kwanza, inachaji kwa dakika 2 hadi 70% ya uwezo wake wa juu. Pili, betri imekuwa ikifanya kazi karibu bila uharibifu kwa zaidi ya miaka 20.

Je, tunaweza kutarajia nini baadaye?

Sodiamu

Kulingana na watafiti wengi, ni chuma hiki cha alkali ambacho kinapaswa kuchukua nafasi ya lithiamu ya gharama kubwa na ya nadra, ambayo, zaidi ya hayo, inafanya kazi kwa kemikali na ni hatari ya moto. Kanuni ya uendeshaji wa betri za sodiamu ni sawa na lithiamu - hutumia ions za chuma kuhamisha malipo.

Kwa miaka mingi, wanasayansi kutoka kwa maabara na taasisi mbalimbali wamejitahidi na hasara za teknolojia ya sodiamu, kama vile malipo ya polepole na mikondo ya chini. Baadhi yao waliweza kutatua tatizo. Kwa mfano, sampuli za kabla ya uzalishaji wa betri za poadBit zinashtakiwa kwa dakika tano na zina uwezo wa moja na nusu hadi mara mbili. Baada ya kupokea tuzo kadhaa barani Ulaya, kama vile Tuzo ya Rada ya Ubunifu, Tuzo la Uvumbuzi la Eureka na zingine kadhaa, kampuni ilihamia kwenye uidhinishaji, ujenzi wa kiwanda na kupata hataza.

Graphene

Graphene ni kimiani bapa ya fuwele ya atomi za kaboni atomi moja nene. Shukrani kwa eneo lake kubwa la uso kwa kiasi cha kompakt, yenye uwezo wa kuhifadhi malipo, graphene ni suluhisho bora kwa kuunda supercapacitors compact.

Tayari kuna mifano ya majaribio yenye uwezo wa hadi Faradi 10,000! Supercapacitor kama hiyo iliundwa na Sunvault Energy kwa kushirikiana na Edison Power. Waendelezaji wanadai kwamba katika siku zijazo watawasilisha mfano, nishati ambayo itakuwa ya kutosha kuimarisha nyumba nzima.

Supercapacitors kama hizo zina faida nyingi: uwezekano wa malipo ya karibu ya papo hapo, urafiki wa mazingira, usalama, kuunganishwa, na pia gharama ya chini. Shukrani kwa teknolojia mpya ya kutengeneza graphene, sawa na uchapishaji kwenye printa ya 3D, Sunvault inaahidi gharama ya betri karibu mara kumi chini ya ile ya teknolojia ya lithiamu-ion. Walakini, uzalishaji wa viwandani bado uko mbali.

Sanvault pia ina washindani. Kundi la wanasayansi kutoka Chuo Kikuu cha Swinburn, Australia, pia walizindua graphene supercapacitor, ambayo ina uwezo wa kulinganishwa na betri za lithiamu-ion. Inaweza kushtakiwa kwa sekunde chache. Kwa kuongeza, ni rahisi, ambayo itawawezesha kutumika katika vifaa vya mambo mbalimbali ya fomu, na hata katika nguo za smart.

Betri za atomiki

Betri za nyuklia bado ni ghali sana. Miaka michache iliyopita kulikuwa Hapa kuna habari kuhusu betri ya nyuklia. Katika siku za usoni, hawataweza kushindana na betri za lithiamu-ioni zinazojulikana, lakini hatuwezi kushindwa kuzitaja, kwa sababu vyanzo ambavyo vimekuwa vikizalisha nishati kwa miaka 50 vinavutia zaidi kuliko betri zinazoweza kuchajiwa.

Kanuni yao ya uendeshaji, kwa maana, ni sawa na uendeshaji wa seli za jua, tu badala ya jua, chanzo cha nishati ndani yao ni isotopu na mionzi ya beta, ambayo huingizwa na vipengele vya semiconductor.

Tofauti na mionzi ya gamma, mionzi ya beta haina madhara. Ni mkondo wa chembe za kushtakiwa na huhifadhiwa kwa urahisi na safu nyembamba za vifaa maalum. Pia inafyonzwa kikamilifu na hewa.

Leo, maendeleo ya betri hizo hufanyika katika taasisi nyingi. Huko Urusi, NUST MISIS, MIPT na NPO Luch walitangaza kazi yao ya pamoja katika mwelekeo huu. Hapo awali, mradi kama huo ulizinduliwa na Chuo Kikuu cha Tomsk Polytechnic. Katika miradi yote miwili, dutu kuu ni nikeli-63, iliyopatikana kwa mionzi ya nutroni ya isotopu ya nickel-62 katika reactor ya nyuklia na usindikaji zaidi wa radiochemical na kujitenga katika centrifuges ya gesi. Mfano wa kwanza wa betri unapaswa kuwa tayari mnamo 2017.

Walakini, vifaa vya nguvu vya beta-voltaic vina nguvu kidogo na ni ghali sana. Katika kesi ya maendeleo ya Kirusi, gharama inayokadiriwa ya chanzo cha nguvu cha miniature inaweza kuwa hadi rubles milioni 4.5.

Nickel-63 pia ina washindani. Kwa mfano, Chuo Kikuu cha Missouri kimekuwa kikifanya majaribio ya strontium-90 kwa muda mrefu, na betri ndogo za beta-voltaic kulingana na tritium zinaweza kupatikana kibiashara. Kwa bei katika eneo la dola elfu, wana uwezo wa kuwasha vidhibiti moyo, vihisi au kufidia kutokwa kwa betri za lithiamu-ioni.

Wataalam wametulia kwa sasa

Licha ya mbinu ya uzalishaji wa wingi wa betri za kwanza za sodiamu na kazi hai kwenye vifaa vya nguvu vya graphene, wataalam wa tasnia hawatabiri mapinduzi yoyote kwa miaka michache ijayo.

Kampuni ya Liteko, ambayo inafanya kazi chini ya mrengo wa Rusnano na inazalisha betri za lithiamu-ion nchini Urusi, inaamini kuwa hakuna sababu za kushuka kwa ukuaji wa soko hadi sasa. "Mahitaji ya kutosha ya betri za lithiamu-ioni ni hasa kutokana na nishati maalum ya juu (iliyohifadhiwa kwa kila kitengo cha wingi au kiasi). Kwa mujibu wa parameter hii, hawana washindani kati ya vyanzo vya nguvu vya kemikali vinavyoweza kuchajishwa vinavyozalishwa kwa mfululizo kwa sasa, " maoni katika kampuni.

Walakini, katika kesi ya mafanikio ya kibiashara ya betri sawa za poadBit ya sodiamu, soko linaweza kubadilishwa baada ya miaka. Isipokuwa wamiliki na wanahisa wanataka kupata pesa za ziada kwenye teknolojia mpya.