Znajdź zawartość

Akumulatory w samochodach elektrycznych mogą działać o 1/3 dłużej, niż twierdzą ich producenci, informują naukowcy ze SLAC-Stanford Battery Center. Eksperci centrum badawczego, które zostało założone przez SLAC National Accelerator Laboratory i Precourt Institute for Energy na Uniwersytecie Stanforda, doszli do wniosku, że obecne procedury testowe nie oddają prawidłowo warunków, w jakich używane są akumulatory. To zaś oznacza, że w rzeczywistości właściciele samochodów elektrycznych mogą używać ich przez wiele lat dłużej, niż przypuszczają. Typowa procedura testowa, jakiej naukowcy i inżynierowie poddają rozwijane przez siebie akumulatory, polega na ich rozładowywaniu pod stałym obciążeniem i ładowaniu. Procedurę tę powtarza się wielokrotnie, by sprawdzić, w jakim tempie spada pojemność akumulatorów, a zatem jak długo będzie można ich używać. Jednak, jak czytamy w artykule opublikowanym właśnie na łamach Nature Energy, metoda taka nie oddaje rzeczywistych warunków użytkowania tych akumulatorów. W rzeczywistości mogą one działać znacznie dłużej, a to bardzo dobra wiadomość dla obecnych i przyszłych posiadaczy samochodów elektrycznych. Mimo bowiem olbrzymiego, sięgającego 90%, spadku cen akumulatorów w ciągu ostatnich 15 lat, wciąż stanowią one około 1/3 ceny samochodu elektrycznego. Ku naszemu zdziwieniu okazało się, że prawdziwe warunki użytkowania samochodu elektrycznego, częste przyspieszanie, hamowanie, które nieco ładuje baterie, zaparkowanie na chwilę przy mijanym sklepie spożywczym, pozostawianie bezczynnego samochodu na wiele godzin w czasie pracy czy snu, powoduje, że akumulatory mogą działać dłużej, niż pokazują to standardowe testy laboratoryjne, mówi profesor Simona Onori z Uniwersytetu Stanforda. Autorzy badań wykorzystali cztery scenariusze testowania akumulatorów, od standardowych testów używanych obecnie w przemyśle, po testy, które – na podstawie danych zebranych ze standardowo używanych samochodów - oddawały prawdziwe warunki eksploatacji akumulatorów. Następnie wedle tych czterech scenariuszy przez dwa lata testowali 92 komercyjnie dostępne akumulatory litowo-jonowe. Okazało się, że im bardziej test był podobny do sposobu używania akumulatora w życiu codziennym, tym dłużej taki akumulator mógł pracować. Uzyskane dane zostały następnie przeanalizowane za pomocą algorytmu maszynowego uczenia się. Naukowcy chcieli wiedzieć, jakie czynniki wpływają na żywotność baterii. Analizy wykazały na przykład, że krótkotrwałe, szybkie zwiększanie prędkości samochodu elektrycznego powoduje, że akumulatory ulegają wolniejszej degradacji. To niezwykle zaskakujące, gdyż dotychczas sądzono, że przyspieszanie negatywnie wpływa na żywotność akumulatorów. Tymczasem okazuje się, że pomaga ono zwiększyć ich żywotność. Naukowcy sprawdzili różnice pomiędzy spadkiem pojemności akumulatorów powodowanym przez kolejne cykle ładowania-rozładowywania, a powodowanym samym upływem czasu. Tutaj wszystko zależy od sposobu używania akumulatorów. My, inżynierowie zajmujący się akumulatorami, zawsze uważaliśmy, że cykle ładowania-rozładowywania są znacznie ważniejsze niż upływ czasu. Jest to prawdziwe w odniesieniu do komercyjnie używanych pojazdów elektrycznych, jak autobusy czy ciężarówki, które albo jeżdżą, albo są ładowane. Natomiast w przypadku samochodów prywatnych, wykorzystywanych do pojechania do pracy, po dzieci, na zakupy, które przez większość dnia stoją bezczynnie i nawet nie są ładowane, upływ czasu jest ważniejszym czynnikiem wpływającym na degradację niż cykle ładowania-rozładowywania, stwierdza doktorant Alexis Geslin, jeden z głównych autorów badań. Dlatego też naukowcy postanowili określić optymalny sposób używania akumulatorów, by zrównoważyć wpływ obu czynników na te urządzenia. Okazało się, że przeciętny użytkownik prywatnego samochodu elektrycznego używa go w sposób optymalny dla akumulatorów. Jedyne, co należy zrobić – ale to już rola producentów samochodów – to dostosowanie oprogramowania zarządzającego akumulatorami do wniosków płynących z tych badań. « powrót do artykułu

Nieprzewidywalność to jeden z problemów trapiących odnawialne źródła energii. Wiatraki i instalacje fotowoltaiczne czasami wytwarzają tak dużo energii, że są problemy z jej odbiorem, innym zaś razem, gdy energia by się przydała, one akurat nie pracują. Problem rozwiązałyby magazyny energii. Jak wynika z analiz magazyny takie musiałyby kosztować nie więcej niż 20 USD za kilowatogodzinę pojemności, by można było zasilać duże obszary wyłącznie energią słoneczną i wiatrową. Obecnie 100-megawatowy magazyn litowo-jonowy kosztuje 405 USD za kilowatogodzinę. Wkrótce ma się to zmienić. Donald Sadoway to chemik materiałowy i emerytowany profesor MIT. Jest znanym ekspert w dziedzinie akumulatorów i ekstrakcji metali z rud, autorem wielu ważnych prac na tych polach. W 2010 roku stał się współzałożycielem firmy Ambri, która pracuje nad akumulatorem z ciekłego metalu. Firma informuje, że, w zależności od rodzaju instalacji, już obecnie jej akumulatory kosztują 180–250 USD za kilowatogodzinę pojemności. Do roku 2030 kwota ta ma spaść do 21 USD/kWh. Teraz przyszedł czas na zweryfikowanie tych zapewnień. Ambri we współpracy z dostawcą energii Xcel Energy rozpocznie w 2024 roku budowę 300-kilowatowego systemu. Ma on zostać uruchomiony do końca przyszłego roku. Będzie to pierwsza instalacja Ambri na skalę przemysłową. Profesor Sadoway wyjaśnia, że niższa cena akumulatorów z płynnym metalem wynika z wykorzystania prostszych materiałów, prostszej zasady działania oraz mniej skomplikowanego projektu. Ponadto takie akumulatory są znacznie bardziej trwałe od litowo-jonowych. Koncepcja akumulatora na ciekłych metalach czyni zeń świetne rozwiązanie dla zastosowań stacjonarnych. Akumulator jest niepalny i jest odporny na spadek wydajności. Mamy dane z tysięcy cykli ładowania/rozładowywania. Wynika z nich, że akumulatory te po 20 latach pracy powinny zachować 95% oryginalnej pojemności, stwierdza uczony. Urządzenia firmy Ambri wykorzystują trzy ciekłe warstwy, oddzielone dzięki temu, że mają różną gęstość. Najgęstsza z nich to katoda z ciekłego antymonu. Znajduje się ona na samym dole. Na samej górze zaś jest anoda z mieszaniny wapnia. Warstwy te rozdzielone są elektrolitem z soli chlorku wapnia. Podczas rozładowywania anoda uwalnia jony wapnia, które przemieszczają się przez elektrolit do katody, tworząc tam mieszaninę wapniowo-antymonową. Podczas ładowania zachodzi proces odwrotny. Nie ma membrany, nie ma separatora. Wszystkie te elementy zapewniają prostotę budowy i odporność, cieszy się Sadoway. Jeszcze 10 lat temu specjaliści z Ambri eksperymentowali z litem i magnezem w anodzie. Ze względu na koszty zdecydowali się na wapń. To jednak spowodowało, że prace nad akumulatorami znacznie się wydłużyły. Wszystkie te wspaniałe rzeczy, które dotychczas opracowaliśmy na potrzeby akumulatorów litowo-jonowych okazały się w tym przypadku nieprzydatne. Zachodzą tu inne procesy chemiczne, mamy tutaj inny projekt. Musieliśmy więc opracować wszystko od nowa, w tym urządzenia do produkcji naszych akumulatorów, wyjaśnia naukowiec. « powrót do artykułu

Naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego opracowali technologie, które pozwalają uniezależnić się od zagranicznych dostawców drogich metali i grafitu do akumulatorów, spełniają wymogi zielonej chemii, część z nich nie pozostawia śladu węglowego, a jakby tego było mało, prototypowe akumulatory mają parametry porównywalne lub lepsze od już istniejących. Z badań Zespołu Technologii Materiałów i Nanomateriałów Wydziału Chemii UJ, na czele którego stoi profesor Marcin Molenda, wynika, że za pomocą tzw. zielonej chemii można produkować bardziej ekologiczne akumulatory oraz uniezależnić się od rzadkich i szkodliwych dla środowiska materiałów. Jedną z technologii opracowanych przez zespół Molendy jest CAG, która pozwala na wytwarzanie materiałów na anody z żelu węglowego. Żel taki (carbogel) pozyskuje się ze skrobi, której źródłem mogą być ziemniaki, ryż czy kukurydza. Skrobię poddaje się żelatynizacji z użyciem wody, a następnie kontrolowanej pirolizie, w której spalane są wydzielające się gazy. Jak zapewniają naukowcy, CAG pozwala całkowicie zastąpić grafit naturalny i syntetyczny, metoda charakteryzuje się zerowym śladem węglowym, oparta jest na bezpiecznym łańcuchu dostaw surowca i nie cierpi na tym wydajność samego urządzenia. Żywotność CAG wynosi ponad 1500 cykli ładowania/rozładowania, a uzyskany tą metodą materiał można zintegrować z dowolnymi nowoczesnymi katodami w akumulatorach LiIon. Opracowany carbogel jest odpowiedni do produkcji zielonych ogniw litowo-jonowych o obniżonym śladzie węglowym. Ogromną korzyścią jest przy tym swobodny dostęp do surowca i całkowite uniezależnienie się od zagranicznych dostawców grafitu. CAG wykazuje porównywalną gęstość energii w porównaniu do akumulatorów z naturalnym grafitem, a dodatkowo ma tę przewagę, że pozwala na uzyskanie wyższej mocy, zapewnia profesor Molenda. Kolejną z technologii opracowanych na UJ jest LKMNO. Pozwala ona na produkcję wysokonapięciowych katod do akumulatorów litowo-jonowych bez korzystania z kobaltu, z 5-krotnie mniejszą ilością niklu i 2-krotnie niższą zawartością litu w porównaniu do akumulatorów NMC (litowo-niklowo-manganowo-kobaltowych). Również i tutaj wykorzystywana jest zielona chemia o dość niskiej energochłonności całego procesu. Co więcej, podczas produkcji tego typu katody nie powstają odpady płynne i stałe, a gazy są przetwarzane do dwutlenku węgla, azotu i pary wodnej. Katody LKMNO można łączyć z różnymi typami anod – w tym CAG – i współczesnymi elektrolitami. Takie katody szczególnie nadają się do ogniw o dużej mocy i pojemności, np. samochodów elektrycznych. Koszt wytworzenia katody LKMNO jest dwukrotnie mniejszy w porównaniu z kosztami produkcji najnowocześniejszych katod klasy NMC, w których jest nikiel, mangan i kobalt. Dodatkową przewagą naszego rozwiązania jest to, iż użyty w akumulatorze lit, którego potrzeba dwukrotnie mniej niż w NMC, jest w pełni efektywny. We współczesnych bateriach litowo-jonowych lit, który jest dość kosztowny, pracuje w około 50 proc. To czyste marnotrawstwo. W modelu LKMNO jest on wykorzystany w 100 procentach, stwierdza profesor Molenda. Na anodzie i katodzie się jednak nie kończy. Polscy naukowcy stworzyli też CCL (Carbon Conductive Layer), czyli nanotechnologiczną metodę precyzyjnego pokrywania materiałów aktywnych akumulatora cienka powłoką węgla. Grubość takiej powłoki, liczona w nanometrach, może być dostosowana już na etapie produkcji do przeznaczenia i sposobu działania akumulatora, co pozwala na znaczne zagęszczanie energii. Jednak największym atutem wynalazku jest praktyczne wyeliminowanie ryzyka samozapłonu akumulatora. Materiał węglowy dodawany do akumulatorów ma na celu zapewnić odpowiednie przewodnictwo elektryczne. Dotychczas stosowane technologie nie pozwalają jednak w precyzyjny sposób rozmieszczać cząsteczek węglowych pomiędzy ziarnami materiałów aktywnych. W rezultacie do akumulatorów dodawane są znaczne ilości węgla, a im jest go więcej, tym mniejsze są możliwości zagęszczania w nich energii. Ponieważ akumulator podczas pracy podlega wahaniom temperatury, przy nierównomiernie rozmieszczonych cząsteczkach materiału węglowego wzrasta ryzyko uruchomienia nieodwracalnej reakcji samozapłonu akumulatora. Nasza powłoka CCL eliminuje takie ryzyko, ponieważ ziarna materiału aktywnego w akumulatorze są szczelnie pokryte, co skutecznie je od siebie oddziela. Taka bateria, nawet gdy dojdzie w niej do zwarcia, będzie rozładowywać się znacznie wolniej i nie ulegnie samozapłonowi. Powłoka CCL pokrywa na tyle szczelnie i trwale materiał aktywny, że nawet w przypadku, gdy ma on porowatą strukturę, dostaje się ona w zagłębienia, a przy znacznych wahaniach temperatur utrzymuje się ona na swojej pozycji, cieszy się profesor Moleda. Żywotność prototypowych ogniw zbudowanych z użyciem CCL sięgała 3000 cykli. Centrum Transferu Technologii UJ poszukuje obecnie inwestora lub producenta, który zbuduje instalację pilotażową i ustandaryzuje produkcję nowego typu ogniw w skali przemysłowej. « powrót do artykułu

Naukowcy z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej opracowali nowy elektrolit, który wydłuża żywotność akumulatorów litowo-jonowych. Już został on zastosowany w smartfonach i samochodach elektrycznych. Nowy związek, sól LiTDi, jest produkowany na licencji PW przez francuski koncern chemiczny Arkema. Jako pierwsi w Europie opracowaliśmy nowy elektrolit, w dodatku z użyciem mniej toksycznego materiału. Przy użyciu tego materiału ogniwo wolniej się starzeje i jest dużo bardziej odporne na czynniki zewnętrzne. To drugi w historii baterii taki związek. W stosunku do stosowanego przez ostatnie 30 lat posiada podobne parametry elektryczne, ale dużo lepszą odporność temperaturową i chemiczną, mówi doktor habilitowany Leszek Niedzicki. Nowy elektrolit aż trzykrotnie wydłuża żywotność akumulatora. A to oznacza, że dzięki niemu akumulatory w samochodach elektrycznych wytrzymają przez cały okres eksploatacji pojazdu i nie będzie trzeba ich wymieniać. Nowy elektrolit pozwala na bezproblemowe działanie akumulatora w temperaturach sięgających 90 stopni Celsjusza. Dzięki temu znika wiele ograniczeń, a akumulatorów w samochodach elektrycznych nie trzeba będzie tak intensywnie chłodzić. To zaś zmniejsza zapotrzebowanie samego samochodu na energię, zatem pozwala na zwiększenie jego zasięgu, szczególnie w upalne dni. Uczeni z PW nie powiedzieli jeszcze ostatniego słowa. Pracują nad innymi komponentami akumulatorów, szczególnie przywiązując uwagę do opracowania stałego elektrolitu dla samochodów elektrycznych. Taki elektrolit nie może się zapalić, co zwiększa bezpieczeństwo pojazdu, który legnie poważnemu wypadkowi. Pracują też nad elektrolitami pozbawionymi fluoru. Fluor jest obecnie obecny w każdym elektrolicie, a jest to pierwiastek bardzo toksyczny w razie pożaru. Uczeni z Warszawy już mają na swoim koncie pierwsze sukcesy. Nasz wynalazek działa – nikomu dotąd się to jeszcze nie udało. Jesteśmy pierwsi, którym się to udało w skali laboratoryjnej. Dotąd uważano, że elektrolit bez fluoru nie jest możliwy. Pracuję nad tym z moimi doktorantami, m.in. mgr inż. Klaudią Rogalą i mgr. inż. Markiem Broszkiewiczem, mówi doktor Niedzicki. Obecnie naukowcy starają się przeskalować swój wynalazek i stworzyć działające prototypowe akumulatory. Miałyby one nie zawierać fluoru i innych toksycznych oraz trudno dostępnych pierwiastków. Takie urządzenia byłyby tańsze w produkcji, bezpieczniejsze dla środowiska i łatwiejsze w recyklingu. « powrót do artykułu

Rosnąca popularność samochodów elektrycznych (EV) często postrzegana jako problem dla sieci elektroenergetycznych, które nie są dostosowane do nowego masowego źródła obciążenia. Naukowcy z Uniwersytetu w Lejdzie oraz amerykańskiego Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej podeszli do zagadnienia z innej strony. Z analizy wynika, że w ciągu najbliższych lat EV mogą stać się wielkim magazynem energii ze źródeł odnawialnych, stabilizując energetykę słoneczną i wiatrową. Energia z wiatru i słońca to najszybciej rosnące źródła energii. So to jednak źródła niestabilne, nie dostarczają energii gdy wiatr nie wieje, a słońce nie świeci. Z analizy, opublikowanej na łamach Nature Communications, dowiadujemy się, że rolę stabilizatora mogą odegrać samochody elektryczne. Obecnie większość ich właścicieli ładuje samochody w nocy. Autorzy badań uważają, że właściciele takich pojazdów mogliby podpisywać odpowiednie umowy z dostawcami energii. Na jej podstawie dostawca energii sprawowałby kontrolę nad ładowaniem samochodu w taki sposób, by z jednej strony zapewnić w sieci odpowiednią ilość energii, a z drugiej – załadować akumulatory do pełna. Właściciel samochodu otrzymywałby pieniądze za wykorzystanie jego pojazdu w taki sposób, wyjaśnia główny autor badań, Chengjian Xu. Co więcej, gdy pojemność akumulatorów zmniejsza się do 70–80 procent pojemności początkowej, zwykle nie nadają się one do zastosowań w transporcie. Jednak nadal przez wiele lat mogą posłużyć do stabilizowania sieci elektroenergetycznych. Dlatego też, jeśli kwestia taka zostanie uregulowana odpowiednimi przepisami, akumulatory takie mogłyby jeszcze długo służyć jako magazyny energii. Z wyliczeń holendersko-amerykańskiego zespołu wynika, że do roku 2050 samochody elektryczne oraz zużyte akumulatory mogą stanowić wielki bank energii o pojemności od 32 do 62 TWh. Tymczasem światowe zapotrzebowanie na krótkoterminowe przechowywanie energii będzie wówczas wynosiło od 3,4 do 19,2 TWh. Przeprowadzone analizy wykazały, że wystarczy, by od 12 do 43 procent właścicieli samochodów elektrycznych podpisało odpowiednie umowy z dostawcami energii, a świat zyska wystarczające możliwości przechowywania energii. Jeśli zaś udałoby się wykorzystać w roli magazynu energii połowę zużytych akumulatorów, to wystarczy, by mniej niż 10% kierowców podpisało umowy z dostawcami energii. Już w roku 2030 w wielu regionach świata EV i zużyte akumulatory mogą zaspokoić popyt na krótkoterminowe przechowywanie energii. Oczywiście wiele tutaj zależy od uregulowań prawnych oraz od tempa popularyzacji samochodów elektrycznych w różnych regionach świata. Autorzy badań zauważają też, że wielką niewiadomą jest tempo degradacji akumulatorów przyszłości, które będzie zależało m.in. od postępu technologicznego, czy też tempo rozwoju systemów zarządzania energią. Nie wiadomo także, czy nie zajdą radykalne zmiany w samym systemie transportowym. Nie można wykluczyć np. zmiany przyzwyczajeń i rozpowszechnienia się komunikacji zbiorowej czy systemów wspólnego użytkowania pojazdów, na dostępność samochodów i akumulatorów może też wpłynąć rozpowszechnienie się pojazdów autonomicznych. « powrót do artykułu

Dodanie cienkiej warstwy niklu do akumulatorów znakomicie skraca czas ładowania, informują naukowcy z Pennsylvania State University. Specjaliści uważają, że jeśli na rynek trafiłyby akumulatory, które są lżejsze i można je znacznie szybciej ładować, klienci chętniej kupowaliby samochody elektryczne, a to z kolei doprowadziłoby do spadku ich ceny i pojawienia się kolejnych chętnych do ich zakupu. Uczeni eksperymentowali z litowo-jonowym akumulatorem, który na pojedynczym ładowaniu pozwalał na przejechanie do 560 kilometrów. Gęstość energii takiego urządzenia wynosiła 256 watogodzin na kilogram. Dzięki dodaniu folii z niklu akumulator można było w ciągu zaledwie 11 minut załadować w 70%, co pozwoliło na przejechanie 400 kilometrów, a po 12 minutach był on załadowany w 75%, dzięki czemu można było przejechać 440 km. Nasza technologia pozwala na budowę mniejszych, szybciej ładujących się akumulatorów. Jeśli mamy samochód z akumulatorami pozwalającymi na przejechanie 320 kilometrów na pojedynczym ładowaniu, możemy podjechać na stację, podłączyć samochód, pójść do toalety, a po 10 minutach nasz pojazd jest gotowy do przejechania kolejnych 320 km. W ten sposób problem zasięgu znika, mówi jeden z autorów badań, inżynier Chao-Yang Wang. Jednym z najpoważniejszych wyzwań stojących przed inżynierami specjalizującymi się w projektowaniu i budowie akumulatorów litowo-jonowych jest utrzymanie ich odpowiedniej temperatury. Najlepiej sprawują się one, gdy są dość ciepłe, ale nie za ciepłe. W akumulatorach stosuje się więc systemy chłodzenia i ogrzewania, które jednak zużywają sporo energii i nie działają zbyt szybko. Uczeni z Pennsylvanii od lat eksperymentują z folią, która miałaby pomóc ogrzać akumulator do odpowiedniej temperatury. Podczas swoich najnowszych eksperymentów byli w stanie ładować akumulator od około 70% pojemności w około 10 minut. Gdy stosowali szybkie ładowanie do 75% pojemności, urządzenie wytrzymało ponad 900 cykli ładowania/rozładowywania, co pozwalało na przejechanie na nim w sumie 402 000 kilometrów. Gdy zaś stosowali szybkie ładowanie do 70% pojemności, akumulator wytrzymywał około 2000 cykli ładowania, co pozwalało na przejechanie około 804 000 kilometrów. Wang zwraca uwagę, że obecnie stosowane akumulatory po 10 minutach ładowania napełniają się do około 25% pojemności. Urządzenia, nad którymi pracują na Pennsylvania State University ładują się w tym czasie do 75% pojemności. To zaś oznacza, że w samochodach można by stosować mniej akumulatorów, zatem byłyby one tańsze, a zasięg na pojedynczym szybkim ładowaniu byłby nie tylko większy, ale i satysfakcjonujący dla kierowcy. Wang zapowiada, że w przyszłości chce opracować akumulator, który będzie można załadować do 80% pojemności w ciągu 5 minut. To zaś będzie oznaczało, że pod względem tempa ładowania i zasięgu samochody elektryczne dorównają pojazdom spalinowym. Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Nature. « powrót do artykułu

Litowo-jonowe akumulatory wykorzystywane w samochodach elektrycznych to poważny problem środowiskowy i wizerunkowy. Ich recykling z pewnością poprawiłby zarówno wizerunek, jak i obciążenie dla środowiska. O ile jednak zaczyna rozwijać się cały przemysł recyklingu akumulatorów, to bardzo trudno jest namówić producentów samochodów, by chcieli korzystać z materiałów pochodzących z recyklingu. Ludzie uważają, że materiał z recyklingu nie jest równie dobry, jak oryginalny. Producenci akumulatorów mają wątpliwości odnośnie wykorzystywania odzyskiwanych materiałów, mówi profesor Yan Wang z Worcester Polytechnic Institute. Tymczasem badania przeprowadzone przez Wanga we współpracy ze specjalistami z US Advanced Battery Consortium (USABC) i firmy A123 Systems wykazały, że takie obawy są bezpodstawne. Katody z recyklingu są równie dobre, a nawet lepsze niż katody wykonane z dziewiczych materiałów. Specjaliści przeanalizowali akumulatory z pochodzącymi z recyklingu katodami NMC111. To najpowszechniej występujący typ katod, zbudowanych z manganu, kobaltu i niklu. Recykling wykonano za pomocą technologii opracowanej przez Wanga, którą uczony próbuje obecnie skomercjalizować. Okazało się, że katoda z materiału po recyklingu posiada więcej mikroskopijnych porów niż z dziewiczego materiału. W efekcie akumulatory z taką katodą mają podobną gęstość energetyczną, ale mogą pracować o 53% dłużej. Testów nie prowadzono co prawda w samochodach, ale na przemysłowych stanowiskach testowych. Na ich potrzeby wykonano odpowiadające standardom przemysłowym ogniwa o pojemności 11 Ah. Za testy odpowiedzialni byli inżynierowie z A123 Systems, a przeprowadzano je według standardów USABC dla hybryd plug-in. Wykazały one, że katody z recyklingu świetnie się sprawują. A to katody, jak mówi Wang, są najcenniejszym elementem akumulatorów. Dlatego też uczony zainteresował się właśnie ich odzyskiwaniem, gdyż to one mogą przynieść firmom zajmującym się recyklingiem największe zyski, a tym samym stać się impulsem do powszechniejszego recyklingu akumulatorów samochodowych. Założona przez Wanga firma Battery Resources planuje otwarcie pierwszego zakładu, który 2 2022 roku przetworzy 10 000 ton akumulatorów. Wangowi udało się też zdobyć finansowanie w wysokości 70 milionów USD, za które chce wybudowac dwa kolejne zakłady, tym razem na terenie Europy. Mają one powstać do końca przyszłego roku. « powrót do artykułu

W najbliższych latach spodziewany jest lawinowy wzrost liczby miniaturowych urządzeń transmitujących dane. Rozwija się Internet-of-Things (IoT), więc tego typu urządzenia będą wykorzystywane np. w logistyce. Wszystkie one potrzebują źródła zasilania. Jednak baterie czy akumulatory wywierają negatywny wpływ na środowisko. Badacze z Empa (Szwajcarskie Federalne Laboratoria Nauk Materiałowych i Technologii) poinformowali o stworzeniu biodegradowalnego superkondensatora. Urządzenie zbudowane jest z węgla, celulozy, gliceryny i soli stołowej. To składniki tuszu dla drukarki 3D, w której wyprodukowano nowatorskie kondensatory. Składa się on z celulozowych nanowółkien i nanokryształów, węgla w postaci sadzy, grafitu i węgla aktywnego. Formę płynną nadaje gliceryna, woda i dwa rodzaje alkoholu. Do tego dochodzi nieco soli zapewniającej przewodnictwo. Superkondensator składa się z czterech warstw nakładanych jedna po drugiej przez drukarkę. Warstwy te to elastyczna podstawa, warstwa przewodząca, elektroda i elektrolit. Całość jest następnie składana na podobieństwo kanapki z elektrolitem wewnątrz. Powstaje w ten sposób całkowicie biodegradowalny kondensator, który może przechowywać energię elektryczną całymi godzinami, a jego wersja prototypowa jest zdolna do zasilania niewielkiego zegara cyfrowego. Kondensator wytrzymuje tysiące cykli ładowania/rozładowywania, może pracować przez wiele lat, działa w temperaturach ujemnych, jest odporny na nacisk i wstrząsy. Kondensator, gdy już go nie będziemy potrzebowali, można wyrzucić. Rozkłada się w ciągu 2 miesięcy, a jedyne, co możemy po tym czasie zobaczyć, to nieco fragmentów węgla. Wydaje się to proste, ale takie nie było, mówi Xavier Aeby z Empa. Stworzenie urządzenia o odpowiednich parametrach wymagało wielu prób i testów. Konieczne było bowiem stworzenie tuszu o parametrach nadających się do użycia w drukarce, z którego powstanie kondensator gotowy do wykorzystania w praktyce. Aeby studiował inżynierię mikroelektroniki na Szwajcarskim Federalnym Instytucie Technologii w Lozannie, a w Empa pisze doktorat. Jego opiekunem jest Gustav Nyström, którego grupa badawcza już od pewnego czasu prowadzi prace nad żelami bazującymi na nanoceluluzie, biodegradowalnym materiale o potencjalnie licznych zastosowaniach. Od bardzo dawna interesuje mnie biodegradowalny system przechowywania energii. Poprosiliśmy Empa o sfinansowanie naszego projektu, Printed Paper Batteries, i właśnie osiągnęliśmy pierwszy z naszych celów, mówi Nyström. Szwajcarski superkondensator może już wkrótce stać się kluczowym komponentem IoT. W przyszłości takie kondensatory można będzie szybko ładować wykorzystując np. pole elektromagnetyczne. Po naładowaniu będą one zasilały czujniki czy mikroprzekaźniki, mówią badacze. Metoda taka może być wykorzystywana np. do sprawdzania zawartości opakowań w transporcie. Biodegradowalne systemy przechowywania energii przydałyby się też w czujnikach monitorujących środowisko czy pracujących na rzecz rolnictwa. Tego typu akumulatorów nie trzeba by było zbierać, gdyż szybko uległyby rozkładowi bez szkody dla środowiska naturalnego. « powrót do artykułu

Żyjemy w nowoczesnym świecie pełnym urządzeń zasilanych energią elektryczną. Rozwój nowych technologii sprawia, że telefony komórkowe, laptopy, tablety i wiele innych sprzętów mobilnych towarzyszy nam na każdym kroku. Najczęściej stosowane do zasilania urządzeń mobilnych są baterie litowo-jonowe tzw. Li-ion, jednak ze względu na ich powolne ładowanie, krótki czas pracy oraz szkodliwość dla środowiska naturalnego (ze względu na wysoką zawartość metali ciężkich m.in. kobalt) coraz większą uwagę poświęca się superkondensatorem. To urządzenia łączące cechy baterii oraz kondensatorów. Co się z tym wiąże? Dłuższa żywotność, prostszy recykling, a przede wszystkim szybsze ładowanie, czyli oszczędność czasu. Wszak, czas to pieniądz. Zalety superkondensatorów tkwią w ich konstrukcji, na którą składają się dwa podstawowe elementy. Pierwszy z nich to układ dwóch wysokoporowatych elektrod, które odseparowane są od siebie także porowatym materiałem chroniącym przed zwarciem. Najczęściej ta część superkondensatora jest wykonana na bazie węgla aktywnego, który jest stosowany w tych urządzeniach nie bez powodu. W jego porach umieszczany jest drugi, kluczowy składnik superkondensatora – elektrolit zawierający jony, czyli atomy obdarzone ładunkiem elektrycznym (dodatnio naładowane – kationy oraz ujemnie naładowane – aniony). Jony mogą przemieszczać się we wnętrzu porowatego materiału w zależności od przyłożonego między elektrodami napięcia. Co ciekawe, im więcej porów we wnętrzu elektrod, tym więcej energii może być zgromadzone w urządzeniu. Pomijając elementy takie jak obudowa itp., można powiedzieć, że to wszystko. Co jednak czyni superkondensatory tak obiecującymi urządzeniami do magazynowania energii? Są to wcześniej wspomniane pory, a także sposób w jaki poruszają się jony. Średnica i długość kanałów we wnętrzu porowatych elektrod ma kluczowe znaczenie. Gdy pory są szerokie, urządzenie ładuje się szybko, ale dostarcza niewiele energii, podczas gdy zmniejszenie ich średnicy pozwala na dostarczenie większej ilości energii, jednak urządzenie ładuje się o wiele wolniej. Czy istnieje zatem sposób na przyspieszenie jonów w wąskich porach? O tym w listopadowym numerze czasopisma naukowego Nature Communications pisze Svyatoslav Kondrat - naukowiec z Instytutu Chemii Fizycznej, Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN). Autorzy badań wykorzystali materiał porowaty na bazie węgla o średnicy porów poniżej jednego nanometra, przy czym należy pamiętać, że 1 nm to jedna miliardowa część metra. Pory te są zatem tak małe, że nie są widoczne dla ludzkiego oka. Materiał ten został nasączony cieczą jonową, która jest niczym innym jak solą w stanie ciekłym, przy czym nie zawiera żadnego rozpuszczalnika np. wody. Zatem ciecz jonowa to upłynniona sól. Jony z cieczy jonowej wypełniają pory, a po przyłożeniu napięcia pomiędzy elektrodami zaczynają się poruszać. Co się jednak stanie, gdy polaryzacja trwa dłuższą chwilę? Czy wszystkie jony poruszają się w równym tempie? Niestety, jony we wnętrzu elektrod zachowają się niczym samochody we wnętrzu tunelu poruszające się w przeciwnych kierunkach. Na dodatek, każdy z nich porusza się na jednym pasie, a nie jak na autostradzie - na kilku. Jeśli choćby jeden samochód utknie, pozostałe zaczynają lawinowo hamować. Zatem, przepustowość tunelu spada i powstaje korek. Tak samo dzieje się z porami, które zostają miejscami zatkane w superkondensatorze. To przekłada się na spadek sprawności pracy urządzenia, w szczególności obniża czas jego ładowania. Jak tego uniknąć? Svyatoslav Kondrat we współpracy z międzynarodowym zespołem przetestowali przykładanie napięcia w superkondensatorze pulsami, aby stopniowo wprawiać jony w ruch i nie zatykać porów. Jak się okazało, był to strzał w dziesiątkę. Metoda zaproponowana przez naukowców przyspiesza proces ładowania urządzenia i daje obiecujące wyniki. Dodatkowo przeprowadzając badania dla procesu rozładowania naukowcy Ci wykazali, że proces ten również można przyspieszyć. Przeprowadzone eksperymenty pokrywają się z wykonanymi przed naukowców licznymi symulacjami komputerowymi. Wyniki naszych badań są obiecujące. To ciekawe, że można przyspieszać nie tylko proces ładowania superkondensatora, ale także jego rozładowanie. Dzięki temu możemy usprawnić różne procesy technologiczne, np. przyspieszyć i zwiększyć wydajność odsalania wody – twierdzi Svyatoslav Kondrat. Rozwiązanie zaproponowane przez badaczy otwiera nowe możliwości oraz przybliża nas do ulepszenia istniejących już rozwiązań stosowanych do zasilania urządzeń mobilnych. Choć kondensatory znane są od dekad, to dopiero superkondensatory wychodzą naprzeciw oczekiwaniom konsumentów na miarę czasów, w których żyjemy. Dzięki takim odkryciom jesteśmy bliżej opracowania szybszych i wydajniejszych urządzeń do magazynowania energii, a to dopiero początek rewolucji w tej dziedzinie. « powrót do artykułu

Przenośna konsola, która umożliwia nieograniczenie długą rozgrywkę, bez potrzeby wymiany czy ładowania akumulatora, to marzenie wielu graczy. Urządzenie takie powstało właśnie dzięki współpracy naukowców z amerykańskiego Northwestern University i holenderskiego Uniwersytetu Technologicznego w Delft. Prototyp konsoli podobnej do Game Boya to model badawczy, który posłuży do dalszych prac nad elektroniczną rozrywką bez baterii czy akumulatorów. Akumulatory i baterie są kosztowne i niezwykle szkodliwe dla środowiska naturalnego. Stąd też pomysł, by z nich zrezygnować. Twórcy wspomnianego prototypu postanowili wykorzystać energię słoneczną oraz energię dostarczaną przez samego użytkownika. To pierwsze nieposiadające baterii urządzenie interaktywne, które czerpie energię z działań użytkownika. Gdy naciskasz przycisk, urządzenie zmienia twoje działanie w energię, którą się zasila, mówi współautor badań, Josiah Hester z Northwestern. Zrównoważona rozrywka elektroniczna będzie kiedyś oczywistością, a my – pozbywając się akumulatorów – uczyniliśmy ważny krok w tym kierunku, dodaje Przemysław Pawelczak z Delft. Naukowcy zmodyfikowali Game Boyja dodając wokół ekranu panele fotowoltaiczne. Drugim źródłem energii jest sam użytkownik i naciskane przez niego przyciski. Zaprojektowane od podstaw urządzenie pozwala na uruchomienie dowolnej klasycznej gry zapisanej na kartridżach Game Boya. W momencie gdy urządzenie przełącza się pomiędzy źródłami energii, doświadcza krótkotrwałej utraty zasilania. Naukowcy, by upewnić się, że czas gry pomiędzy takimi wyłączeniami będzie akceptowalnie długi, zaprojektowali swoją konsolę tak, by jak najbardziej oszczędzała ona energię. Stworzyli też nową technikę zapisywania stanu gry w pamięci nieulotnej, dzięki której zminimalizowali koszty układu pamięci oraz skrócili czas ponownego ładowania gry po odzyskaniu zasilania. Użytkownik nie musi naciskać przycisku „zachowaj”. Stan gry zapisywany jest dokładnie w momencie, w którym doszło do utraty zasilania. Gdy dzień nie jest zbyt pochmurny, a gra wymaga co najmniej średniej liczby naciśnięć przycisków, utrata zasilania przydarza się rzadziej niż co 10 sekund i trwa około sekundy. Naukowcy stwierdzili, że jest to wystarczające rozwiązanie, by cieszyć się takimi grami jak szachy, pasjans czy Tetris. Z pewnością jednak będzie to przeszkadzało przy bardziej dynamicznych grach. Oczywiście przed naukowcami jeszcze bardzo długa droga, zanim z tak prostego prototypu uczynią wygodną w użyciu pozbawioną akumulatorów i baterii przenośną konsolę pozwalającą na korzystanie z dowolnych gier. Uczeni mają jednak nadzieję, że ich prace zwiększą świadomość konsumentów w obliczu szybko rozwijającego się Internet of Things. Otaczamy się coraz większą liczbą niewielkich gadżetów, zużywając przy tym coraz więcej baterii i akumulatorów, które w końcu trafiają na wysypiska śmieci, zanieczyszczając glebę, wodę i powietrze.   « 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

Jeszcze w bieżącym miesiącu urzędnicy w Los Angeles mają zatwierdzić projekt, który dostarczy miastu energię taniej, niż jakiekolwiek paliwa kopalne. W jego ramach ma powstać potężna instalacja fotowoltaiczna wyposażona w jedne z największych akumulatorów. W roku 2023 farma ma dostarczać 7% energii zużywanej przez Los Angeles, a koszt jej wytworzenia ma wynieść 1,997 centa za kilowatogodzinę (to cena paneli) oraz 1,3 centa za kWh (cena akumulatorów). W sumie więc koszt produkcji kilowatogodziny to niecałe 3,3 centa. Ze względu na efekt skali, ceny urządzeń do energetyki odnawialnej i ceny akumulatorów ciągle spadają, mówi Mark Jacobson z Uniwersytetu Stanforda. W przeszłości przeprowadził on badania, w których stwierdził, że większość państw może przejść na energię odnawialną. Nowa instalacja słoneczna ma powstać w hrabstwie Kern w Kalifornii i zostanie wybudowana przez firmę 8minute Solar Energy. Jej moc wyniesie 400 MW, co zapewni energię dla 65 000 gospodarstw domowych. Z instalacją zostaną połączone akumulatory o pojemności 800 MWh, dzięki którym po zmierzchu zmniejszy się zużycie gazu. Szybki spadek cen energii odnawialnej oraz akumulatorów pomaga w coraz większym rozprzestrzenianiu się nowej technologii. W marcu Bloomberg New Energy Finance przeprowadził analizę ponad 7000 projektów, w których zakłada się przechowywanie energii i stwierdził, że od roku 2012 koszt przemysłowych akumulatorów litowo-jonowych zmniejszył się o 76%. W ciągu ostatnich 18 miesięcy spadł on o 35% do poziomu 187 USD za MWh. Z kolei firma analityczna Navigant przewiduje, że do roku 2030 koszty takich urządzeń spadną o kolejnych 50%, znacznie poniżej kwot obiecywanych przez 8minute. Inżynier Jane Long, ekspertka ds. polityki energetycznej z Lawrence Livermore National Laboratory mówi, że akumulatory litowo-jonowe to tylko część rozwiązania problemu. Zapewniają one bowiem energię jedynie przez kilka godzin. Potrzebujemy bardziej długoterminowego rozwiązania, stwierdza. Zainteresowanie energetyką odnawialną napędzają też władze lokalne, które coraz częściej mówią o całkowitym porzuceniu nieodnawialnych źródeł. Jak informuje Jacobson, już 54 hrabstwa i 8 stanów wyraziło chęć przejścia w 100% na energetykę odnawialną. W 2010 roku Kalifornia przyjęła przepisy, zgodnie z którymi do roku 2024 dostawcy energii muszą zainstalować systemy pozwalające na przechowanie 2% szczytowego zużycia energii przez stan. « powrót do artykułu

Holenderski Inspektorat Środowiska Człowieka i Transportu ostrzega przed dronami chińskiej firmy DJI. Niektóre akumulatory wykorzystywane w modelach DJ Matrice 200 i DJ Inspire 2 mogą ulec nagłej awarii, co prowadzi do utraty zasilania i upadku drona. Szczególnie narażone na awarie są akumulatory TB50 i TB55. W związku z tym holenderski urząd apeluje do właścicieli urządzeń z tymi akumulatorami, by ich nie używali. Ostzreżenie wydano po tym, jak kilkanaście dronó spadło w Wielkiej Brytanii. Podobne zalecenia wydała wcześniej British Civil Aviation Authority. Czytamy w nich, że doszło do "niewielkiej liczby incydentów, podczas których dron w czasie lotu doświadczył całkowitej utraty zasilania, pomimo tego, iż w akumulatorach pozostała wystarczająca ilość energii". Dotychczas nie odnotowano żadnego przypadku zranień ludzi. Zniszczeniu uległy tylko drony. Stało się tak dzięki temu, że najwyraźniej ich piloci przestrzegali brytyjskich przepisów, które zabraniają przelotu nad ludźmi oraz w odległości mniejszej niż 50 metrów od ludzi, samochodów i łodzi oraz w odległości mniejszej niż 150 metrów od obszarów zaludnionych. Firma DJI oferuje wymianę wadliwych akumulatorów. « powrót do artykułu

W Narodowym Centrum Badań Jądrowych rozpoczęto prace badawcze nad metastabilnym izotopem renu 186m. Czas życia tego izomeru wynosi ok. 200 tys. lat, ale można wymusić jego przejście do stanu jądrowego, który szybko się rozpada, uwalniając znacznie większą porcję energii niż energia potrzebna do zainicjowania procesu. Dzięki tej własności jądra renu mogą być użytecznymi magazynami energii. Ich badania w Świerku będą finansowane przez Laboratorium Badawcze Armii USA (ARL). Problem magazynowania energii dotyczy wielu dziedzin naszego życia – od globalnej energetyki, poprzez transport, eksplorację kosmosu, aż do nanorobotyki. Największe wyzwanie to znalezienie sposobu na to, by jak najwięcej energii zgromadzić w jak najmniejszej objętości i jak najmniejszej masie. Teoretycznie idealnym magazynem energii są jądra atomowe. Energię, która w wyniku naturalnych procesów zgromadziła się w jądrach uranu wykorzystuje się dziś w elektrowniach jądrowych. Uran lub pluton to jednak paliwo, a nie akumulator, a reaktory są "duże". Dlatego fizycy poszukują nowych sposobów gromadzenia i uzyskiwania energii z jąder. Jednym z obiecujących pomysłów jest wykorzystanie długożyciowych jąder metastabilnych. Wiemy bowiem od dawna, że niektóre jądra atomowe można wzbudzić do takiego stanu kwantowego, w którym przez długi czas – liczony nawet w setkach czy milionach lat – mogą pozostawać, zachowując dostarczoną im energię wzbudzenia. Zjawisko wzbudzenia kwantowego nie ma dobrego odpowiednika w skali życia codziennego. Odchodząc bardzo daleko od ścisłości, można powiedzieć, że składniki jądra – po dostarczeniu im energii wzbudzenia – zaczynają względem siebie drgać lub raczej obracać się (bo wysoki spin – kwantowy odpowiednik momentu pędu – jest cechą charakterystyczną takich wzbudzonych, metatrwałych jąder). Jądro pozostające w metatrwałym stanie wzbudzonym można "nakłonić" do oddania energii wzbudzenia, którą nagromadziło. Trzeba tylko dostarczyć mu kolejną porcję energii, by przeszło ono do stanu znacznie mniej trwałego. To trochę tak, jak z kulką, która utknęła w dołku na szczycie góry: jeśli ją trochę potrącimy, to wyjdzie z dołka i stoczy się po zboczu, rozpędzając się na końcu do energii, którą musieliśmy zużyć wnosząc ją wcześniej na tę górę. Jednym z najbardziej obiecujących kandydatów na akumulator izotopowy są jądra renu 186m. Połowiczny czas deekscytacji takiego izomeru wynosi ok. 200 tys. lat, a wartość wyzwalanej przy tym energii wynosi ok. 150 KeV. Oznacza to, że w 1 gramie renu 186m zgromadzone jest ok. 30 kWh energii, czyli tyle, ile w popularnym akumulatorze do zasilania samochodu elektrycznego! Teoretycznie taki izomer może być bardzo atrakcyjnym źródłem energii, ale trzeba jeszcze umieć taki "akumulator" ładować i rozładowywać. Badania nad tymi zagadnieniami mają być właśnie prowadzone w Narodowym Centrum Badań Jądrowych, a sfinansuje je grant uzyskany z Laboratorium Badawczego Armii USA (ARL). W naszym reaktorze badawczym Maria będziemy badali możliwości uzyskiwania renu 186m w wyniku napromieniania neutronami specjalnie przygotowanych tarcz – wyjaśnia dr Rafał Prokopowicz z Zakładu Badań i Technik Reaktorowych NCBJ. Chcemy zbadać i zoptymalizować efektywność produkcji tego izomeru w reaktorze. Maria jest bardzo dobrym narzędziem do tego celu, gdyż konstrukcja naszego reaktora pozawala na przygotowanie różnych warunków napromieniowania. Projekt jest efektem wcześniejszej współpracy badawczej NCBJ z ARL oraz z innymi ośrodkami – dodaje dr Jacek Rzadkiewicz, dyrektor Departamentu Aparatury i Technik Jądrowych, kierownik projektu. W ramach tej współpracy udało się przeprowadzić eksperyment, w którym po raz pierwszy zaobserwowano uwolnienie energii zgromadzonej w izomerze molibdenu 93. Praca na ten temat ukazała się na początku bieżącego roku w renomowanym czasopiśmie Nature. Szczególnego wsparcia w uzyskaniu obecnego grantu udzielił nam dr J.J. Carroll z ARL, który gościł u nas w tym tygodniu z okazji inauguracji projektu i będzie współpracował z nami w czasie jego realizacji. Nasze prace są zaplanowane na najbliższe 12 miesięcy i nie ograniczają się jedynie do badań reaktorowych. Ich wyniki będą miały znaczenie także dla badań podstawowych. Z analizy stosunku zawartości renu i osmu we Wszechświecie astrofizycy wyciągają ciekawe wnioski kosmologiczne dotyczące ewolucji i nukleosyntezy. Własności izomeru renu 186m, którego czas życia wynosi aż 200 tys. lat są istotne dla tych analiz, a my zamierzamy je właśnie zbadać możliwie dokładnie. Nasz projekt jest więc modelowym przykładem tego jak trudna do zdefiniowania jest czasem granica pomiędzy badaniami aplikacyjnymi i podstawowymi, szczególnie w takiej dziedzinie jak fizyka jądrowa. « powrót do artykułu