Дүйнөгө которгусу келбеген келечектин технологиялары

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

Менин көз карашым боюнча, бул мителердин кадимки амалдары. А мунун баары пайда (пайда) үчүн гана жасалат!

Азыркы цивилизация үчүн мунун баары Тесланын убагында болгон. Бирок мите курттар, анда адамдар бекер энергияга ээ болсо, алар жок болорун так түшүнүштү.

Бардык ойлоп табуулар кездеменин астына катылган, алар азыр ошол жерде.

Ал эми бул «илимдин» азыркы өнүгүшү чыныгы туңгуюкка кептелбеген учурга чейин уланат. Жана же мите курттар багынып, алар өлтүргөн бардык илимпоздордун ойлоп табуулары менен көкүрөк ачышат (бул күмөндүү).

Же мите курттар бардыгын кайра таш дооруна айдап, баарын кайра башынан баштоо үчүн планеталык масштабда катастрофа уюштурууга дагы аракет кылышат - алар үчүн бул идеалдуу вариант.

Эмне менен “жейбиз”?

Бул парадокс, бирок акыркы 30 жылда электроника басып өткөн эбегейсиз жолго карабастан, бардык мобилдик түзүлүштөр дагы эле литий-иондук батарейкалар менен жабдылган, алар рынокко 1991-жылы эле, кадимки CD ойноткуч инженердиктин туу чокусу болгон кезде кирген. портативдик технологияда ойлогон.

Электроникадагы жана гаджеттердеги жаңы үлгүлөрдүн көптөгөн пайдалуу касиеттери бул түзүлүштөрдү мобилдик батарейкадан энергия менен камсыз кылуунун аз убактысы менен түзүлөт. Илимий самын менен ойлоп табуучулар эчак эле алдыга кадам таштамак, бирок алар батареянын “казыкында” сакталып турат.

Келечекте электроника дүйнөсүн кандай технологиялар өзгөртө аларын карап көрөлү.

Биринчиден, бир аз тарых

Көбүнчө литий-иондук (Li-ion) батарейкалар мобилдик түзүлүштөрдө (ноутбуктар, уюлдук телефондор, PDAлар жана башкалар) колдонулат. Бул алардын мурда кеңири колдонулган никель-металл гидрид (Ni-MH) жана никель-кадмий (Ni-Cd) батареяларына караганда артыкчылыктары менен шартталган.

Ли-иондук батарейкалар бир топ жакшыраак параметрлерге ээ. Бирок, бул Ni-Cd батарейкалардын бир маанилүү артыкчылыгы бар экенин эстен чыгарбоо керек: жогорку разряддык агымдарды камсыз кылуу мүмкүнчүлүгү. Бул касиет ноутбуктарды же уюлдук телефондорду кубаттоодо өтө маанилүү эмес (мында Li-ionдун үлүшү 80%га жетет жана алардын үлүшү барган сайын көбөйүп баратат), бирок жогорку токту талап кылган бир нече түзмөктөр бар, мисалы, бардык түрлөрү. электр аспаптарынын, электр устараларынын жана башкалардын П. Ушул убакка чейин бул түзмөктөр дээрлик Ni-Cd батарейкаларынын домени болуп келген. Бирок, азыркы учурда, айрыкча, RoHS директивасына ылайык кадмийди колдонууну чектөөгө байланыштуу, жогорку разряддуу ток менен кадмийсиз аккумуляторлорду түзүү боюнча изилдөөлөр күч алды.

Литий аноду бар баштапкы клеткалар («батареялар») 20-кылымдын 70-жылдарынын башында пайда болгон жана өзүнүн жогорку өзгөчө энергиясы жана башка артыкчылыктары менен тез колдонууну тапкан. Ошентип, эң активдүү редукциялоочу агент - щелочтук металл менен химиялык токтун булагын түзүү боюнча көптөн бери келе жаткан каалоо ишке ашты, бул аккумулятордун иштөө чыңалуусун да, анын өзгөчө энергиясын да кескин жогорулатууга мүмкүндүк берди. Эгерде литий аноду менен баштапкы клеткаларды иштеп чыгуу салыштырмалуу тез ийгилик менен коштолсо жана мындай клеткалар портативдүү жабдуулар үчүн энергия булагы катары өз ордун бекем ээлесе, анда литий батареяларын түзүү негизги кыйынчылыктарга дуушар болгон, аны жеңүү үчүн 20 жылдан ашык убакыт талап кылынган.

1980-жылдары көптөгөн сыноолордон кийин, литий батарейкаларынын көйгөйү литий электроддорунун айланасында бурмаланган экен. Тагыраак айтканда, литийдин активдүүлүгүнүн айланасында: эксплуатация учурунда болгон процесстер, акырында, "жалын чыгаруу менен желдетүү" деп аталган катуу реакцияга алып келген. 1991-жылы көп сандагы литий кайра заряддалуучу батареялар уюлдук телефондор үчүн энергия булагы катары биринчи жолу колдонулган өндүрүш ишканаларына кайра чакыртылып алынган. Себеби сүйлөшүү маалында учурдагы керектөө максималдуу болгон маалда аккумулятордон жалын чыгып, уюлдук телефон колдонуучунун бети күйүп кеткен.

Металлдык литийге мүнөздүү туруксуздуктан улам, айрыкча заряддоо учурунда изилдөөлөр Li колдонбостон, бирок анын иондорун колдонуу менен батареяны түзүү тармагына өттү. Литий-иондук батарейкалар литий батарейкаларына караганда энергиянын бир аз төмөн тыгыздыгын камсыз кылганы менен, Li-ion батареялары туура заряддоо жана разряд шарттары менен камсыз болгондо коопсуз. Бирок, алар жарылууларга каршы иммунитет жок.

Бул багытта да баары өнүгүп, бир орунда турбай аракет кылып жатат. Мисалы, Наньян технологиялык университетинин (Сингапур) окумуштуулары иштеп чыгышкан рекорддук көрсөткүчү менен литий-иондук батареянын жаңы түрү … Биринчиден, ал 2 мүнөттө максималдуу кубаттуулугунун 70% га чейин заряддалат. Экинчиден, батарейка 20 жылдан ашык убакыт бою дээрлик бузулбастан иштеп жатат.

Мындан ары эмнени күтсөк болот?

натрий

Көптөгөн изилдөөчүлөрдүн пикири боюнча, дал ушул щелочтуу металл кымбат жана сейрек кездешүүчү литийди алмаштырууга тийиш, анын үстүнө химиялык жактан активдүү жана өрт коркунучу бар. Натрий батарейкаларынын иштөө принциби литийге окшош - алар зарядды өткөрүү үчүн металл иондорун колдонушат.

Көп жылдар бою ар кандай лабораториялардын жана институттардын окумуштуулары натрий технологиясынын кемчиликтери менен, мисалы, жай заряддоо жана аз ток менен күрөшүп келишет. Алардын айрымдары маселени чечүүгө жетишти. Мисалы, poadBit батарейкаларынын өндүрүшкө чейинки үлгүлөрү беш мүнөттө кубатталып, бир жарым-эки эсе кубаттуулукка ээ. Европада бир нече сыйлыктарды, мисалы, Innovation Radar Prize, Eureka Innovest Award жана башка бир нече сыйлыктарды алгандан кийин, компания сертификацияга, фабрика курууга жана патент алууга өттү.

Графен

Графен - калыңдыгы бир атомдон турган көмүртек атомдорунун жалпак кристалл торчосу. Зарядды сактоого жөндөмдүү компакт көлөмдөгү чоң бетинин аянтынын аркасында графен компакттуу суперконденсаторлорду түзүү үчүн идеалдуу чечим болуп саналат.

10 000 Фарадга чейин кубаттуулугу бар эксперименталдык моделдер бар! Мындай суперконденсатор Sunvault Energy компаниясы тарабынан Эдисон Пауэр менен биргеликте түзүлгөн. Иштеп чыгуучулар келечекте энергиясы бүтүндөй бир үйдү электр менен камсыздоого жете турган моделди сунушташат деп ырасташат.

Мындай суперконденсаторлордун көптөгөн артыкчылыктары бар: дээрлик заматта заряд алуу мүмкүнчүлүгү, экологиялык тазалык, коопсуздук, компакттуулук, ошондой эле арзандыгы. 3D принтерде басып чыгарууга окшош графенди өндүрүү үчүн жаңы технологиянын аркасында Sunvault литий-иондук технологияларга караганда батарейкалардын баасын дээрлик он эсеге арзан деп убада кылат. Ошондой болсо да енер жай ендурушу али кеп.

Sanvault да атаандаштары бар. Австралиянын Свинберн университетинин окумуштууларынын тобу ошондой эле кубаттуулугу боюнча литий-иондук батарейкалар менен салыштырууга боло турган графендик суперконденсаторду ачышты. Аны бир нече секунданын ичинде кубаттоого болот. Мындан тышкары, ал ийкемдүү, бул аны ар кандай форма факторлорунун түзүлүштөрүндө, ал тургай акылдуу кийимдерде колдонууга мүмкүндүк берет.

Атомдук батареялар

Ядролук батареялар дагы эле абдан кымбат. Бир-эки жыл мурун бар болчу Бул жерде өзөктүк батарея тууралуу маалымат. Жакынкы келечекте алар тааныш литий-иондук батарейкалар менен атаандаша албайт, бирок биз аларды айтпай коё албайбыз, анткени 50 жылдан бери үзгүлтүксүз энергия өндүрүп келе жаткан булактар кайра заряддалуучу батареяларга караганда алда канча кызыктуу.

Алардын иштөө принциби кандайдыр бир мааниде күн батареяларынын иштөөсүнө окшош, күндүн ордуна гана аларда энергиянын булагы бета-радиациясы бар изотоптор болуп саналат, ал кийин жарым өткөргүч элементтер менен сиңет.

Гамма нурлануудан айырмаланып, бета-нурлануу иш жүзүндө зыянсыз. Бул заряддалган бөлүкчөлөрдүн агымы жана атайын материалдардын жука катмарлары менен оңой корголот. Ошондой эле аба менен активдүү сиңет.

Бүгүнкү күндө мындай батареяларды иштеп чыгуу көптөгөн институттарда жүргүзүлүүдө. Россияда NUST MISIS, MIPT жана NPO Luch бул багыттагы биргелешкен иштерин жарыялашты. Буга чейин ушундай эле долбоорду Томск политехникалык университети да баштаган. Эки долбоордо тең негизги зат никель-62 изотопун ядролук реактордо андан ары радиохимиялык иштетүү жана газ центрифугаларында бөлүү менен нейтрондук нурлантуу жолу менен алынган никель-63 болуп саналат. Батареянын биринчи прототиби 2017-жылы даяр болушу керек.

Бирок, мындай бета-вольталык энергия булактары аз кубаттуу жана өтө кымбат. Россия иштеп учурда, миниатюралык энергия булагынын болжолдуу баасы 4,5 миллион рублга чейин болушу мүмкүн.

Nickel-63 да атаандаштары бар. Мисалы, Миссури университети стронций-90 менен көптөн бери эксперимент жүргүзүп келет жана тритийдин негизиндеги миниатюралык бета-вольталык батареяларды коммерциялык жактан тапса болот. Миң долларлык баада алар ар кандай кардиостимуляторлорду, сенсорлорду кубаттай алышат же литий-иондук батарейкалардын өзүн-өзү разрядын толтура алышат.

Эксперттер азырынча тынч

Биринчи натрий батарейкаларын массалык түрдө өндүрүүгө жана графендик энергия булактары боюнча жигердүү иштерге жакындаганына карабастан, тармактын адистери жакынкы бир нече жылда эч кандай революцияны алдын ала айтышпайт.

Руснанонун канатынын астында иштеген жана Орусияда литий-иондук батарейкаларды чыгарган Liteko компаниясы азырынча рыноктун өсүшүнүн басаңдашы үчүн эч кандай себептер жок деп эсептейт. "Литий-иондук батарейкаларга болгон туруктуу суроо-талап, биринчи кезекте, алардын жогорку өзгөчө энергиясы менен шартталган (масса же көлөм бирдигине сакталат). Бул параметр боюнча, алар учурда сериясы менен өндүрүлгөн кайра заряддоого болгон химиялык энергия булактарынын арасында эч кандай атаандаштары жок, " компаниядагы комментарийлер.

Бирок, ошол эле натрий poadBit батарейкаларынын коммерциялык ийгилиги болгон учурда, рынокту бир нече жыл ичинде кайра форматтоого болот. Кожоюндары жана акционерлери жаңы технология боюнча кошумча акча табууну каалабаса.