Znajdź zawartość

Prezydent Biden zatwierdził przeznaczenie 900 milionów dolarów na budowę stacji ładowania samochodów elektrycznych. Podczas North American International Auto Show w Detroit prezydent stwierdził, że niezależnie od tego czy będziecie jechali wybrzeżem autostradą I-10 [prowadzi z Kalifornii na Florydę - red.] czy I-75 [wiedzie z Michigan na Florydę] stacje do ładowania będą wszędzie i można je będzie znaleźć równie łatwo jak stacje benzynowe. Wspomniane 900 milionów USD będą pochodziły z zatwierdzonego w ubiegłym roku planu infrastrukturalnego na który przewidziano bilion dolarów, z czego 550 miliardów na transport czy internet szerokopasmowy i infrastrukturę taką jak np. sieci wodociągowe. W 2020 roku amerykański transport odpowiadał za 27% amerykańskiej emisji gazów cieplarnianych. To najwięcej ze wszystkich działów gospodarki. Władze Stanów Zjednoczonych chcą, by do roku 2030 samochody elektryczne stanowiły połowę całej sprzedaży pojazdów w USA. Poszczególne stany podejmują własne, bardziej ambitne inicjatywy. Na przykład Kalifornia przyjęła przepisy zgodnie z którymi od 2035 roku zakaże sprzedaży samochodów z silnikami benzynowymi. Obecnie pojazdy elektryczne stanowią jedynie 6% sprzedaży samochodów w USA. Jedną z najważniejszych przyczyn, dla których Amerykanie nie chcą kupować pojazdów z silnikiem elektrycznym jest obawa o łatwy dostęp do punktów ładowania. Obecnie w całym kraju takich punktów jest poniżej 47 000. Biden chce, by do roku 2030 ich liczba wzrosła do 500 000. W dokumencie zatwierdzającym wspomniane 900 milionów USD znalazła się też propozycja, by narzucić stanom obowiązek zakładania stacji ładowania pojazdów elektrycznych do 50 mil na głównych drogach stanowych i autostradach. Stany o dużym odsetku społeczności wiejskich już wyraziły obawę, że z takim obowiązkiem sobie nie poradzą. Dlatego też dla takich stanów oraz na potrzeby centrów miejskich i ubogich społeczności przygotowano program grantowy o łącznej wartości 2,5 miliarda USD. « powrót do artykułu

Często i mało, czy rzadko, ale do syta? Gdyby chodziło o dietę, większość specjalistów postawiłaby na odpowiedź 1, ale w przypadku magazynowania energii jest odwrotnie. Okazuje się, że więcej można jej zmieścić ładując rzadko, ale do pełna.Taki przynajmniej wniosek płynie z badań przeprowadzonych przez zespół naukowców IChF PAN. Doświadczenia dotyczyły co prawda wyidealizowanych, dwuwymiarowych układów sieciowych, ale w końcu zasada to zasada. Dr Anna Maciołek, jedna z autorów pracy opublikowanej w Physical Review opisuje ją tak: Chcieliśmy zbadać, jak zmienia się sposób magazynowania energii w układzie,  gdy  pompujemy  do  niego  energię  w  postaci  ciepła,  innymi  słowy – lokalnie  go podgrzewamy. Wiadomo,  że ciepło  w  układach  się  rozprzestrzenia, dyfunduje.  Ale czy na gromadzenie energii ma wpływ sposób jej dostarczania; fachowo mówiąc „geometria podawania”? Czy ma znaczenie, że podajemy dużo energii w krótkim czasie i potem długo nic, i znowu dużo energii, czy też gdy podajemy malutkie porcje  tej energii, ale za to jedna po drugiej, niemal bez przerw? Cykliczne podawanie energii jest bardzo powszechne w naturze. Sami dostarczamy jej sobie w ten sposób, jedząc. Tę samą liczbę kalorii można dostarczyć w jednej lub dwóch dużych porcjach zjadanych w ciągu doby, albo rozbić ją na 5-7 mniejszych posiłków, między którymi są krótsze przerwy. Naukowcy wciąż się spierają, który  sposób jest dla organizmu lepszy. Jeśli jednak  chodzi o dwuwymiarowe układy sieciowe, to już wiadomo, że pod względem efektywności magazynowania wygrywa metoda „rzadko a dużo”. Zauważyliśmy, że w zależności od tego, w jakich porcjach i jak często podajemy energię, ilość, jaką układ potrafi zmagazynować, zmienia się. Największa jest wtedy, gdy porcje energii są duże, ale odstępy czasowe między ich podaniem też są długie, wyjaśnia Yirui Zhang, doktorantka w IChF PAN. Co ciekawe, okazuje się, że gdy taki układ magazynujący podzielimy wewnętrznie na swego rodzaju przedziały, czy też komory, to ilość energii możliwej do zmagazynowania w takim podzielonym ‘akumulatorze’ – o ile bylibyśmy go w stanie skonstruować – wzrośnie. Innymi słowy, trzy małe baterie zmagazynują więcej energii niż jedna duża, precyzuje badaczka. Wszystko to przy założeniu, że całkowita ilość wkładanej do układu energii jest taka sama, zmienia się tylko sposób jej dostarczania. Choć badania prowadzone przez zespół IChF PAN należą do podstawowych i ukazują po prostu fundamentalną  zasadę  rządzącą magazynowaniem energii w magnetykach, ich potencjalne zastosowania  są  nie do  przecenienia.  Wyobraźmy  sobie  np.  możliwość  ładowania  baterii elektrycznego samochodu nie w kilka godzin, lecz w kilkanaście minut albo znaczące zwiększenie pojemności  takich  akumulatorów  bez  zmiany  ich  objętości,  czyli  wydłużenie  zasięgu  auta  na jednym ładowaniu.  Nowe  odkrycie  może  też  w  przyszłości  zmienić  sposoby  ładowania  baterii różnego typu poprzez ustalenie optymalnej periodyczności dostarczania do nich energii « powrót do artykułu

Producenci akumulatorów od lat próbują zastąpić grafitową anodę w akumulatorach litowo-jonowych jej krzemową wersją. Powinno to zwiększyć zasięg samochodów elektrycznych wyposażonych w takie akumulatory. Próby są prowadzone zwykle z użyciem tlenku krzemu lub połączenia krzemu i węgla. Jednak kalifornijska firma Enevate ma nieco inny pomysł – wykorzystuje cienkie porowate warstwy czystego krzemu. Właściciel i główny technolog firmy, Benjamin Park, który od ponad 10 lat pracuje nad nowymi akumulatorami, twierdzi, że taki materiał jest nie tylko tani, ale pozwala na zwieszenie o 30% zasięgu samochodów elektrycznych wyposażonych w tego typu akumulatory. Co więcej, przedstawiciele Enevate uważają, że w niedalekiej przyszłości tego typu akumulatory po 5-minutowym ładowaniu zapewnią samochodowi 400 kilometrów zasięgu. Podczas ładowania akumulatorów litowo-jonowych jony litu przemieszczają się z katody do anody. Im więcej jonów jest w stanie przyjąć anoda, tym większa pojemność akumulatora. Krzem może przechowywać nawet 10-krotnie więcej energii niż grafit. Jednak w trakcie pracy akumulatora znacznie się on rozszerza i kurczy, powstają pęknięcia i materiał kruszy się po kilku cyklach ładowania. Producenci akumulatorów, chcąc obejść ten problem, dodają nieco krzemu do proszku grafitowego. Całość mieszana jest z tworzywem sztucznym działającym jak spoiwo i nakładana na cienką warstwę miedzi. W ten sposób powstaje anoda. Jednak, jak wyjaśnia Park, jony litu najpierw wchodzą w interakcje z krzemem, później z grafitem. Krzem wciąż się nieco rozszerza, a spoiwo jest dość słabe. Tak zbudowana anoda ulega tym szybszej degradacji, im więcej krzemu się w niej znajduje. Enevate nie używa spoiwa. Firma opracowała własny sposób na bezpośrednie nakładanie na miedź porowatych warstw krzemu o grubości od 10 do 60 mikrometrów. Na wierzch stosuje się dodatkową warstwę, która chroni krzem przed kontaktem z elektrolitem. Cały proces nie wymaga używania krzemu o wysokiej jakości, więc tego typu anoda kosztuje mniej niż anoda grafitowa o identycznej pojemności. Zaś dzięki temu, że stosowany jest krzem, jony litu mogą bardzo szybko się przemieszczać. W ciągu 5 minut można naładować akumulator do 75% pojemności, nie powodując przy tym zbytniego rozszerzania się krzemu. Wszystko co potrzebne do wyprodukowania anody można wytwarzać standardowymi metodami przemysłowymi z rolki. Zatem cały proces łatwo jest skalować. Dzięki połączeniu nowej anody z konwencjonalnymi katodami stworzono akumulatory o pojemności do 350 Wh/kg. To o około 30% więcej niż współczesne akumulatory litowo-jonowe. Enevate już współpracuje z koncernami motoryzacyjnymi. Jej nowe akumulatory powinny trafić do samochodów elektrycznych w sezonie 2024/2025. « powrót do artykułu

Nowa elektroda, opracowana na MIT, pozwoli na zbudowanie akumulatorów, które przechowują więcej energii i pracują dłużej. Litowa anoda to efekt współpracy naukowców z MIT ze specjalistami z Hongkongu, Florydy i Teksasu. Jednym z największych problemów ze współczesnymi akumulatorami wynika z faktu, że w miarę ładowania akumulatora lit się rozszerza, a podczas rozładowywania kurczy się. Te ciągłe zmiany rozmiarów prowadzą do pękania lub odłączania się elektrolitu. Inny problem stanowi fakt, że żaden z używanych stałych elektrolitów nie jest tak naprawdę chemicznie stabilny w kontakcie z wysoko reaktywnym litem, ulega więc degradacji. Większość badań, mających na celu rozwiązanie tych problemów, poszukuje stabilnego elektrolitu. To jednak jest trudne. Naukowcy z MIT podeszli do problemu inaczej. Wykorzystali dwa dodatkowe materiały. Jeden nazwali „zmieszanymi przewodnikami jonowo-elektronicznymi” (MIEC), a drugi to „izolatory elektronu i jonu litowego” (ELI). Uczeni stworzyli trójwymiarową nanostrukturę przypominająca plaster miodu. Została ona zbudowana z heksagonalnych rurek MIEC częściowo wypełnionych litem. W każdej z rurek pozostawiono nieco wolnego miejsca. Gdy lit się rozszerza podczas ładowania, wypełnia puste miejsca w rurkach, poruszając się jak ciecz, mimo że zachowuje przy tym krystaliczną strukturę ciala stałego. Przepływ ten łagodzi naprężenia powstające podczas rozszerzania się litu, ale jednocześnie nie powoduje ani zmiany zewnętrznych rozmiarów elektrody, ani zmiany jej styku z elektrolitem. Drugi zaś ze wspomnianych materiałów, ELI, jest kluczowym mechanicznym łączem pomiędzy ściankami MIEC a stałym elektrolitem. Rozszerzający się i kurczący lit przemieszcza się tak, że nie wywiera nacisku na elektrolit, więc go nie niszczy. Twórcy anody porównują to do tłoków poruszających się w cylindrach. Jako, że całość jest jest zbudowana w skali nano, a każda z rurek ma średnicę 100-300 nanometrów, całość jest jak silnik z 10 miliardami tłoków, mówi główny autor badań, profesor Ju Li. Jako, że ścianki całej struktury wykonano z chemicznie stabilnego MIEC, lit nigdy nie traci kontaktu z materiałem. Cały akumulator pozostaje więc mechanicznie i chemiczne stabilny, dodaje Li. Naukowcy przetestowali swoją anodę podczas 100 cykli ładowania/rozładowywania i wykazali, że w elektrolicie nie powstały żadne pęknięcia. Naukowcy twierdzą, że ich projekt pozwoli na stworzenie akumulatorów litowych, w których anoda będzie 4-krotnie lżejsza na jednostkę pojemności niż obecnie. Jeśli dodamy do tego nowe pomysły na lżejszą katodę, całość może prowadzić do znaczącego obniżenia wagi akumulatora. Dzięki nowemu akumulatorowi nowoczesne smartfony można by ładować raz na 3 dni. « powrót do artykułu

Na hiszpańskim Uniwersytecie w Maladze powstał tani t-shirt, który generuje energię elektryczną z różnic temperatur pomiędzy ludzkim ciałem a otoczeniem. Prototypowe e-tekstylia powstały z wykorzystaniem skórki z pomidorów, a opracowano je przy współpracy z Włoskim Instytutem Technologii w Genui. Dotychczas w urządzeniach elektronicznych zwykle używa się metali. Nasz projekt poszedł o krok dalej i jesteśmy w stanie generować elektryczność za pomocą lżejszego, tańszego i mniej toksycznego materiału mówi jeden z autorów badań, Jose Alejandro Heredia. Uczeni z wody, etanolu pozyskanego ze skórek pomidorów oraz nanocząstek węgla stworzyli roztwór, który po podgrzaniu głęboko penetruje bawełnę i do niej przywiera, nadając jej właściwości elektryczne. Jeśli ktoś spaceruje czy biegnie, rozgrzewa się. Jeśli taka osoba ma na sobie naszą koszulkę, wytwarza elektryczność dzięki różnicy temperatury pomiędzy swoim ciałem a otoczeniem, wyjaśnia Susana Guzman. W tej chwili naukowcy pracują nad rozwiązaniem, dzięki któremu koszulka wygeneruje światło lub też pozwoli na ładowanie smartfona. W ramach naszych wcześniejszych badań ze skórki pomidorowej i grafenu stworzyliśmy antenę Wi-Fi. Pracujemy nad jej zintegrowaniem z t-shirtem, dodaje Guzman. W niedalekiej przyszłości mogą więc powstać t-shirty, które pozwolą na ładowanie smartfona i innych urządzeń, będą się świeciły, dzięki czemu będziemy lepiej widoczni dla kierowców. Fakt, że będą generowały prąd daje spore pole do popisu. W takich ubraniach możliwe będzie zintegrowanie np. czujników monitorujących stan zdrowia czy też dokonujących zapisu i analizy funkcji organizmu biegacza. « powrót do artykułu

Jedną z głównych przeszkód stojących na drodze ku upowszechnieniu się samochodów elektrycznych jest długi czas ładowania akumulatorów. Niewykluczone jednak, że już wkrótce możliwe będzie pełne załadowanie akumulatora w ciągu zaledwie 10 minut. Takie pojedyncze ładowanie pozwoli na przejechanie 320–480 kilometrów. Wykazaliśmy, że możliwe jest załadowanie w 10 minut akumulatora zapewniającego energię na 200–300 mil podróży, mówi profesor Chao-Yang Wang, dyrektor Electrochemical Engine Center na Pennsylvania State University. Żywotność takiego akumulatora wynosi 2500 cykli ładowania-rozładowania, co pozwala na przejechanie około pół miliona mil. Już obecnie można szybko ładować akumulatory litowo-jonowe, jednak znacząco skraca to ich żywotność, gdyż na anodzie osadza się metaliczny lit. Nie dość, że prowadzi on do spadku pojemności akumulatora, może też spowodować jego awarię. Im akumulator jest starszy, tym łatwiej dochodzi do tego niekorzystnego procesu. Wiadomo też, że jeśli akumulator zostanie podgrzany podczas ładowania, to nie dochodzi do osadzania się litu. Jednak samo podgrzewanie również skracażywotność urządzenia. Wang i jego zespół przeprowadzili eksperymenty, podczas których zauważyli, że jeśli akumulator zostanie podgrzany do temperatury do 60 stopni Celsjusza na nie dłużej niż 10 minut, a następnie szybko schłodzi się do temperatury pokojowej, to można go szybko naładować, zapobiec osadzaniu się litu i nie wpływa to negatywnie na jego żywotność. Obecnie uważa się, że podgrzanie akumulatora do 60 stopni Celsjusza nie powinno mieć miejsca, gdyż znacząco skraca to jego żywotność, mówi Wang. Uczony wraz z zespołem przeprowadzili serię eksperymentów, podczas których do elektrod komercyjnie dostępnych akumulatorów dodano folię aluminiową o grubości liczonej w mikronach. Pozwoliła ona na podgrzanie elektrod w ciągu zaledwie 30 sekund. Następnie uczeni testowali zmodyfikowane akumulatory, ładując je po podgrzaniu do 40, 49 i 60 stopni C. Ich wydajność porównano z akumulatorem testowym, pracującym w temperaturze 20 stopni. Okazało się, że przy temperaturze 20 stopni Celsjusza już po 60 cyklach ładowania-rozładowania pojawiły się problemy, które znacząco zmniejszyły wydajność. Tymczasem gdy elektrody podgrzano do 60 stopni Celsjusza akumulatory bez większych problemów wytrzymały 2500 cykli ładowania-rozładowania. Ważne było też szybkie schłodzenie akumulatora. Wang twierdzi, że można do tego wykorzystać system chłodzący pojazdu, tym bardziej, że olbrzymią różnicę robi już schłodzenie z 60 do niecałych 24 stopni Celsjusza. Uczeni chcą kontynuować swoje badania i mają nadzieję, że opracują technologię pozwalającą na pełne załadowanie akumulatora w ciągu zaledwie 5 minut. Szczegóły badań opublikowano w piśmie Joule. « powrót do artykułu