Nākotnes tehnoloģijas, kuras nevēlas iztulkot pasaulē

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Manā skatījumā tās ir parastās parazītu viltības. Un tas viss tiek darīts tikai peļņas (peļņas) dēļ!

Pašreizējai civilizācijai tas viss notika Teslas laikā. Bet parazīti tad skaidri saprata, ka, ja cilvēkiem būs pieejama bezmaksas enerģija, tie beigsies.

Visi izgudrojumi bija paslēpti zem auduma, kur tie visi ir tagad.

Un tas turpināsies līdz brīdim, kad pašreizējā "zinātnes" attīstība neierakstīs sevi īstā strupceļā. Un vai nu parazīti padosies un atvērs lādi ar visu viņu nogalināto zinātnieku izgudrojumiem (kas ir maz ticams).

Vai arī parazīti atkal mēģinās sarīkot planētu mēroga katastrofu, lai visus iedzītu akmens laikmetā un sāktu visu no jauna - viņiem tas ir ideāls variants.

Ar ko mēs "ēdīsim"?

Tas ir paradokss, taču, neskatoties uz milzīgo ceļu, ko elektronika ir veikusi pēdējo 30 gadu laikā, visas mobilās ierīces joprojām ir aprīkotas ar litija jonu akumulatoriem, kas tirgū ienāca jau 1991. gadā, kad parastais CD atskaņotājs bija inženierijas virsotne. domāja par portatīvo tehnoloģiju.

Daudzas noderīgās jauno paraugu īpašības elektronikā un sīkrīkos ir izlīdzinātas ar šo ierīču trūcīgo barošanas laiku no mobilā akumulatora. Zinātniskās ziepes un izgudrotāji jau sen būtu gājuši uz priekšu, taču tos notur akumulatora "enkurs".

Apskatīsim, kādas tehnoloģijas nākotnē var pārveidot elektronikas pasauli.

Pirmkārt, nedaudz vēstures

Visbiežāk litija jonu (Li-ion) akumulatorus izmanto mobilajās ierīcēs (klēpjdatoros, mobilajos tālruņos, plaukstdatoros un citās). Tas ir saistīts ar to priekšrocībām salīdzinājumā ar iepriekš plaši izmantotajām niķeļa-metāla hidrīda (Ni-MH) un niķeļa-kadmija (Ni-Cd) baterijām.

Li-ion akumulatoriem ir daudz labāki parametri. Tomēr jāpatur prātā, ka Ni-Cd akumulatoriem ir viena svarīga priekšrocība: spēja nodrošināt lielas izlādes strāvas. Šis īpašums nav kritiski svarīgs, barojot klēpjdatorus vai mobilos tālruņus (kur Li-ion īpatsvars sasniedz 80% un to īpatsvars kļūst arvien lielāks), taču ir diezgan daudz ierīču, kas patērē lielu strāvu, piemēram, visa veida elektroinstrumentu, elektrisko skuvekļu utt. P. Līdz šim šīs ierīces ir bijušas gandrīz tikai Ni-Cd akumulatoru domēns. Taču šobrīd, īpaši saistībā ar kadmija izmantošanas ierobežošanu saskaņā ar RoHS direktīvu, ir aktivizējušies pētījumi par kadmiju nesaturošu akumulatoru radīšanu ar augstu izlādes strāvu.

Primārās šūnas ("baterijas") ar litija anodu parādījās 20. gadsimta 70. gadu sākumā un ātri atrada pielietojumu to augstās īpatnējās enerģijas un citu priekšrocību dēļ. Tādējādi tika realizēta ilggadējā vēlme izveidot ķīmisko strāvas avotu ar aktīvāko reducētāju – sārmu metālu, kas ļāva krasi palielināt gan akumulatora darba spriegumu, gan tā īpatnējo enerģiju. Ja primāro elementu ar litija anodu izstrāde vainagojās salīdzinoši straujiem panākumiem un šādas šūnas stingri ieņēma vietu kā portatīvo iekārtu barošanas bloki, tad litija bateriju radīšana saskārās ar pamatīgām grūtībām, kuru pārvarēšanai bija nepieciešami vairāk nekā 20 gadi.

Pēc daudzām pārbaudēm astoņdesmitajos gados izrādījās, ka litija bateriju problēma ir savīta ap litija elektrodiem. Precīzāk, ap litija aktivitāti: darbības laikā notikušie procesi galu galā izraisīja vardarbīgu reakciju, ko sauc par "ventilāciju ar liesmas emisiju". 1991. gadā uz ražotnēm tika atsaukts liels skaits litija akumulatoru, kas pirmo reizi tika izmantoti kā mobilo tālruņu barošanas avots. Iemesls tam, ka sarunas laikā, kad strāvas patēriņš ir maksimāls, no akumulatora izdalījās liesma, apdedzinot mobilā telefona lietotāja seju.

Sakarā ar metāliskajam litijam raksturīgo nestabilitāti, īpaši uzlādes laikā, pētījumi ir pārcēlušies uz bateriju radīšanas jomu, neizmantojot Li, bet izmantojot tā jonus. Lai gan litija jonu akumulatori nodrošina nedaudz zemāku enerģijas blīvumu nekā litija akumulatori, litija jonu akumulatori ir droši, ja tiek nodrošināti pareizi uzlādes un izlādes apstākļi. Tomēr viņi nav imūna pret sprādzieniem.

Arī šajā virzienā, kamēr viss cenšas attīstīties un nestāvēt uz vietas. Piemēram, Nanjangas Tehnoloģiskās universitātes (Singapūra) zinātnieki ir izstrādājuši jauna veida litija jonu akumulators ar rekordlielu veiktspēju … Pirmkārt, tas tiek uzlādēts 2 minūtēs līdz 70% no maksimālās jaudas. Otrkārt, akumulators darbojas gandrīz bez degradācijas vairāk nekā 20 gadus.

Ko mēs varam sagaidīt tālāk?

Nātrijs

Pēc daudzu pētnieku domām, tieši šim sārmu metālam vajadzētu aizstāt dārgo un reto litiju, kas turklāt ir ķīmiski aktīvs un ugunsbīstams. Nātrija akumulatoru darbības princips ir līdzīgs litijam – lādiņa pārnešanai izmanto metāla jonus.

Daudzus gadus dažādu laboratoriju un institūtu zinātnieki ir cīnījušies ar nātrija tehnoloģiju trūkumiem, piemēram, lēnu uzlādi un zemu strāvu. Dažiem no viņiem problēmu izdevās atrisināt. Piemēram, poadBit akumulatoru pirmsražošanas paraugi tiek uzlādēti piecās minūtēs, un to ietilpība ir pusotras līdz divas reizes lielāka. Pēc vairāku apbalvojumu saņemšanas Eiropā, piemēram, Inovācijas radara balvas, Eureka Innovest balvas un vairāku citu, uzņēmums pārgāja uz sertifikāciju, rūpnīcu celtniecību un patentu iegūšanu.

Grafēns

Grafēns ir plakana kristāla režģis, kas sastāv no viena atoma bieza oglekļa atoma. Pateicoties milzīgajam virsmas laukumam kompaktā tilpumā, kas spēj uzglabāt lādiņu, grafēns ir ideāls risinājums kompaktu superkondensatoru radīšanai.

Jau ir eksperimentāli modeļi ar ietilpību līdz 10 000 Faradiem! Šādu superkondensatoru izstrādāja Sunvault Energy sadarbībā ar Edison Power. Izstrādātāji apgalvo, ka nākotnē viņi prezentēs modeli, kura enerģijas pietiks, lai darbinātu visu māju.

Šādiem superkondensatoriem ir daudz priekšrocību: gandrīz tūlītējas uzlādes iespēja, videi draudzīgums, drošība, kompaktums un arī zemas izmaksas. Pateicoties jaunajai grafēna ražošanas tehnoloģijai, kas ir līdzīga drukāšanai ar 3D printeri, Sunvault sola akumulatoru izmaksas gandrīz desmit reizes zemākas nekā litija jonu tehnoloģijas. Tomēr rūpnieciskajai ražošanai vēl ir tālu.

Sanvault ir arī konkurenti. Zinātnieku grupa no Svinbērnas universitātes Austrālijā arī atklāja grafēna superkondensatoru, kura jauda ir salīdzināma ar litija jonu akumulatoriem. To var uzlādēt dažu sekunžu laikā. Turklāt tas ir elastīgs, kas ļaus to izmantot dažādu formas faktoru ierīcēs un pat gudros apģērbos.

Atomu baterijas

Kodolakumulatori joprojām ir ļoti dārgi. Pirms pāris gadiem bija Šeit ir informācija par kodolakumulatoru. Tuvākajā laikā tie nespēs konkurēt ar pazīstamajiem litija jonu akumulatoriem, taču nevar tos nepieminēt, jo avoti, kas 50 gadus nepārtraukti ražo enerģiju, ir daudz interesantāki par uzlādējamām baterijām.

To darbības princips savā ziņā ir līdzīgs saules bateriju darbībai, tikai saules vietā enerģijas avots tajos ir izotopi ar beta starojumu, ko pēc tam absorbē pusvadītāju elementi.

Atšķirībā no gamma starojuma, beta starojums ir praktiski nekaitīgs. Tā ir uzlādētu daļiņu plūsma, un to viegli aizsargā plāni īpašu materiālu slāņi. To arī aktīvi absorbē gaiss.

Mūsdienās šādu bateriju izstrāde tiek veikta daudzos institūtos. Krievijā NUST MISIS, MIPT un NPO Luch paziņoja par savu kopīgo darbu šajā virzienā. Iepriekš līdzīgu projektu uzsāka Tomskas Politehniskā universitāte. Abos projektos galvenā viela ir niķelis-63, kas iegūts, neitronu apstarojot niķeļa-62 izotopu kodolreaktorā ar tālāku radioķīmisko apstrādi un atdalīšanu gāzu centrifūgās. Pirmajam akumulatora prototipam vajadzētu būt gatavam 2017. gadā.

Tomēr šādi beta-volta barošanas avoti ir mazjaudas un ārkārtīgi dārgi. Krievijas attīstības gadījumā miniatūra barošanas avota paredzamās izmaksas var būt līdz 4,5 miljoniem rubļu.

Nickel-63 ir arī konkurenti. Piemēram, Misūri universitāte jau ilgu laiku ir eksperimentējusi ar stronciju-90, un komerciāli var atrast miniatūras beta-volta akumulatorus, kuru pamatā ir tritijs. Par cenu aptuveni tūkstoš dolāru tie spēj darbināt dažādus elektrokardiostimulatorus, sensorus vai kompensēt litija jonu akumulatoru pašizlādi.

Eksperti pagaidām ir mierīgi

Neraugoties uz pieeju pirmo nātrija bateriju masveida ražošanai un aktīvu darbu pie grafēna barošanas blokiem, nozares eksperti neprognozē revolūcijas tuvākajiem gadiem.

Uzņēmums Liteko, kas darbojas Rusnano paspārnē un ražo litija jonu akumulatorus Krievijā, uzskata, ka tirgus izaugsmes bremzēšanai pagaidām nav pamata. "Vienmērīgais pieprasījums pēc litija jonu akumulatoriem galvenokārt ir saistīts ar to augsto īpatnējo enerģiju (uzkrāta uz masas vai tilpuma vienību). Pēc šī parametra tiem šobrīd nav konkurentu starp sērijveidā ražotajiem atkārtoti uzlādējamajiem ķīmiskajiem barošanas avotiem." komentāri uzņēmumā.

Tomēr to pašu nātrija poadBit akumulatoru komerciālo panākumu gadījumā tirgu var pārformatēt dažu gadu laikā. Ja vien īpašnieki un akcionāri nevēlas nopelnīt papildu naudu par jauno tehnoloģiju.