Tulevikutehnoloogiad, mis ei taha maailma tõlgida

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Minu vaatevinklist on need parasiitide tavalised nipid. Ja seda kõike tehakse ainult kasumi (kasumi) nimel!

Praeguse tsivilisatsiooni jaoks juhtus see kõik Tesla ajal. Aga parasiidid said siis selgelt aru, et kui inimestel on juurdepääs tasuta energiale, siis nad lõpevad.

Kõik leiutised olid peidetud riide alla, kus nad kõik praegu on.

Ja see kestab hetkeni, mil "teaduse" senine areng ei mattu tõelisse ummikusse. Ja kas parasiidid alistuvad ja avavad kirstu kõigi nende tapetud teadlaste leiutistega (mis on ebatõenäoline).

Või proovivad parasiidid uuesti korraldada planeedi mastaabis katastroofi, et ajada kõik tagasi kiviaega ja alustada otsast peale – nende jaoks on see ideaalne variant.

Millega me "sööma" hakkame?

See on paradoksaalne, kuid vaatamata tohutule teele, mida elektroonika on viimase 30 aasta jooksul teinud, on kõik mobiilseadmed endiselt varustatud liitiumioonakudega, mis tulid turule juba 1991. aastal, kui tavaline CD-mängija oli tehnika tipptasemel. mõelnud kaasaskantavale tehnoloogiale.

Elektroonikas ja vidinates leiduvate uute näidiste paljusid kasulikke omadusi tasakaalustab nende seadmete napp toiteaeg mobiiliakust. Teadusseep ja leiutajad oleks juba ammu edasi astunud, aga neid hoiab aku "ankur".

Vaatame, millised tehnoloogiad võivad tulevikus elektroonikamaailma muuta.

Esiteks väike ajalugu

Kõige sagedamini kasutatakse liitium-ioonakusid (Li-ion) mobiilseadmetes (sülearvutid, mobiiltelefonid, pihuarvutid ja muud). Selle põhjuseks on nende eelised varem laialt levinud nikkel-metallhüdriid (Ni-MH) ja nikkel-kaadmium (Ni-Cd) akude ees.

Liitium-ioonakudel on palju paremad parameetrid. Siiski tuleb meeles pidada, et Ni-Cd akudel on üks oluline eelis: võime pakkuda suurt tühjenemisvoolu. Sülearvutite või mobiiltelefonide toitel (kus liitiumioonide osakaal ulatub 80%ni ja nende osatähtsus on järjest suurem) pole see omadus kriitilise tähtsusega, kuid suuri voolu tarbivaid seadmeid on päris palju, näiteks igasuguseid. elektritööriistade, elektriliste pardlite jms jaoks. P. Seni on need seadmed olnud peaaegu eranditult Ni-Cd akude pärusmaa. Praegu aga, eriti seoses RoHS direktiiviga kaadmiumi kasutamise piiramisega, on hoogustunud kaadmiumivabade suure tühjendusvooluga akude loomise uuringud.

Liitiumanoodiga primaarelemendid ("patareid") ilmusid 20. sajandi 70. aastate alguses ja leidsid kiiresti rakendust oma suure erienergia ja muude eeliste tõttu. Nii sai teoks ammune soov luua keemiline vooluallikas kõige aktiivsema redutseerija, leelismetalliga, mis võimaldas järsult tõsta nii aku tööpinget kui ka selle erienergiat. Kui liitiumanoodiga primaarelementide väljatöötamist kroonis suhteliselt kiire edu ja sellised elemendid võtsid kindlalt oma koha kaasaskantavate seadmete toiteallikatena, siis liitiumakude loomine sattus põhjapanevatesse raskustesse, millest ülesaamiseks kulus üle 20 aasta.

Pärast 1980. aastate jooksul tehtud palju katsetamist selgus, et liitiumakude probleem on keerdunud liitiumelektroodide ümber. Täpsemalt liitiumi aktiivsuse ümber: töötamise ajal toimunud protsessid viisid lõpuks ägeda reaktsioonini, mida nimetatakse "leegi eraldumiseks ventilatsiooniks". 1991. aastal kutsuti tootmisettevõtetesse tagasi suur hulk laetavaid liitiumakusid, mida kasutati esimest korda mobiiltelefonide toiteallikana. Põhjus on selles, et vestluse ajal, kui voolutarve on maksimaalne, eraldus akust leeki, mis põletas mobiiltelefoni kasutaja nägu.

Metallilisele liitiumile omase ebastabiilsuse tõttu, eriti laadimise ajal, on teadustöö liikunud aku loomise valdkonda, kus ei kasutata Li, vaid kasutatakse selle ioone. Kuigi liitiumioonakud tagavad vähesel määral väiksema energiatiheduse kui liitiumakud, on liitiumioonakud õigete laadimis- ja tühjendustingimuste korral ohutud. Siiski, nad ei ole plahvatuste suhtes immuunne.

Ka selles suunas, samas kui kõik püüab areneda ja mitte paigal seista. Näiteks Nanyangi tehnikaülikooli (Singapur) teadlased on välja töötanud rekordilise jõudlusega uut tüüpi liitiumioonaku … Esiteks laeb see 2 minutiga 70% maksimaalsest võimsusest. Teiseks on aku töötanud peaaegu riknemata üle 20 aasta.

Mida on meil järgmisena oodata?

Naatrium

Paljude teadlaste arvates peaks just see leelismetall asendama kallist ja haruldast liitiumi, mis pealegi on keemiliselt aktiivne ja tuleohtlik. Naatriumpatareide tööpõhimõte on sarnane liitiumiga – nad kasutavad laengu ülekandmiseks metalliioone.

Erinevate laborite ja instituutide teadlased on aastaid võidelnud naatriumtehnoloogia puudustega, nagu aeglane laadimine ja madal vool. Mõnel neist õnnestus probleem lahendada. Näiteks poadBiti akude tootmiseelsed näidised laetakse viie minutiga ja nende mahutavus on poolteist kuni kaks korda suurem. Pärast mitmete auhindade saamist Euroopas, nagu innovatsiooniradari auhind, Eureka Innovesti auhind ja mitmed teised, liikus ettevõte sertifitseerimise, tehase ehitamise ja patentide hankimise juurde.

Grafeen

Grafeen on ühe aatomi paksune lame kristallvõre süsinikuaatomitest. Tänu oma tohutule pinnale kompaktses mahus, mis suudab salvestada laengut, on grafeen ideaalne lahendus kompaktsete superkondensaatorite loomiseks.

Juba on olemas eksperimentaalsed mudelid, mis mahutavad kuni 10 000 Faradit! Sellise superkondensaatori lõi Sunvault Energy koostöös Edison Poweriga. Arendajad väidavad, et tulevikus esitlevad nad mudelit, mille energiast piisab terve maja toiteks.

Sellistel superkondensaatoritel on palju eeliseid: peaaegu kohese laadimise võimalus, keskkonnasõbralikkus, ohutus, kompaktsus ja ka madal hind. Tänu uuele grafeeni tootmise tehnoloogiale, mis sarnaneb 3D-printeriga printimisele, lubab Sunvault akude maksumust peaaegu kümme korda vähem kui liitiumioontehnoloogiate puhul. Tööstustoodangust on aga asi veel kaugel.

Sanvaultil on ka konkurente. Austraalia Swinburni ülikooli teadlaste rühm avalikustas ka grafeeni superkondensaatori, mis on oma võimsuselt võrreldav liitiumioonakudega. Seda saab laadida mõne sekundiga. Lisaks on see paindlik, mis võimaldab seda kasutada erinevate vormiteguritega seadmetes ja isegi nutikates riietes.

Aatomipatareid

Tuumaakud on endiselt väga kallid. Paar aastat tagasi oli Siin on teave tuumapatarei kohta. Tuttavate liitiumioonakudega need lähiajal konkureerida ei saa, kuid mainimata ei saa jätta, sest 50 aastat pidevalt energiat tootnud allikad on palju huvitavamad kui taaslaetavad akud.

Nende tööpõhimõte on mõnes mõttes sarnane päikesepatareide tööga, ainult et päikese asemel on neis energiaallikaks beetakiirgusega isotoobid, mida seejärel pooljuhtelemendid neelavad.

Erinevalt gammakiirgusest on beetakiirgus praktiliselt kahjutu. See on laetud osakeste voog ja seda varjavad kergesti õhukesed spetsiaalsed materjalid. Samuti imendub see aktiivselt õhus.

Tänapäeval arendatakse selliseid patareisid paljudes instituutides. Venemaal teatasid NUST MISIS, MIPT ja MTÜ Luch oma ühisest tööst selles suunas. Varem käivitas sarnase projekti Tomski polütehniline ülikool. Mõlemas projektis on põhiaineks nikkel-63, mis saadakse nikkel-62 isotoobi neutronkiirgusega tuumareaktoris koos edasise radiokeemilise töötlemise ja eraldamisega gaasitsentrifuugides. Aku esimene prototüüp peaks valmis saama 2017. aastal.

Sellised beeta-voltaic toiteallikad on aga väikese võimsusega ja ülikallid. Venemaa arenduse puhul võib miniatuurse toiteallika hinnanguline maksumus ulatuda 4,5 miljoni rublani.

Nickel-63-l on ka konkurente. Näiteks Missouri Ülikool on strontsium-90-ga katsetanud juba pikka aega ning kaubandusest võib leida triitiumil põhinevaid miniatuurseid beeta-voltapatareisid. Tuhandedollarilise hinnaga suudavad need toita erinevaid südamestimulaatoreid, andureid või kompenseerida liitiumioonakude isetühjenemist.

Eksperdid on praegu rahulikud

Hoolimata lähenemisest esimeste naatriumpatareide masstootmisele ja aktiivsele tööle grafeeni toiteallikate kallal, ei ennusta tööstuse eksperdid lähiaastateks revolutsioone.

Rusnano tiiva all tegutsev ja Venemaal liitiumioonakusid tootev ettevõte Liteko leiab, et turukasvu aeglustumisel pole seni põhjusi. "Püsiv nõudlus liitiumioonakude järele tuleneb eelkõige nende kõrgest erienergiast (salvestatakse massi- või mahuühiku kohta). Selle parameetri järgi neil seeriaviisiliselt toodetavate laetavate keemiliste jõuallikate seas hetkel konkurente pole," kommentaarid ettevõttes.

Samade naatriumpoadBiti akude ärilise edu korral saab aga turu mõne aasta pärast ümber vormindada. Kui just omanikud ja aktsionärid ei taha uue tehnoloogiaga lisaraha teenida.