Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Baterie litowo-jonowe (Li-Ion) to w tej chwili najwydajniejszy z masowo wykorzystywanych typów akumulatorów. Przy tej samej wadze i rozmiarze pozwalają na zmagazynowanie dwukrotnie większej ilości energii niż używane wcześniej akumulatory niklowo-metalowodorkowe. Nic dziwnego, że są tak powszechne: telefony komórkowe, laptopy, wszystkie akumulatory wbudowane w sprzęt elektroniczny - to właśnie baterie litowe. Ale poza zaletami, mają one niestety wiele wad.

Wielokrotnie było głośno o zapalających się i wybuchających bateriach w telefonach i laptopach. Zdjęcia i filmy z palącymi się komputerami obiegały świat, były nawet doniesienia - choć nie do końca potwierdzone - o przypadkach śmierci spowodowanych eksplozją komórki. Akcje wymiany wadliwych akumulatorów kosztowały krocie największe firmy elektroniczne świata.

A wszystko to przez drobniutkie włókna litu - który jest materiałem łatwopalnym. Osadzają się one na węglowej anodzie akumulatora, kiedy ten jest ładowany, albo rozładowywany zbyt szybko i powodują zwarcia - a w rezultacie przegrzewanie się i zapalenie baterii. Dlatego każdy akumulator litowy wyposażony jest w elektroniczny układ kontrolujący temperaturę i tempo ładowania. Niestety - taki układ również może się zepsuć, nie mówiąc już o tym, że pozostawienie urządzenia z takim akumulatorem w zbyt wysokiej temperaturze - choćby w samochodzie stojącym na słońcu - może być niebezpieczne.

Eliminacja osadzania się litu na węglowej anodzie zlikwidowałaby większość problemów. Niestety, modele teoretyczne, które miały opisywać sposób gromadzenia się włókienek, nie przydały się na wiele, podobnie badania przy użyciu mikroskopów optycznych i skaningowych mikroskopów elektronowych.

Dokładny przebieg procesów chemicznych wewnątrz litowo-jonowych baterii pozostawał tajemnicą aż do teraz. Postęp osiągnęli naukowcy z Cambridge, który opracowali prosty, ale skuteczny sposób na zajrzenie pod podszewkę akumulatora. Wykorzystali do tego spektroskopię przy użyciu jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR) - badania wykorzystującego efekt absorpcji fal elektromagnetycznych o częstotliwości radiowej przez jądra atomowe znajdujące się w polu magnetycznym.

Spektroskopia NMR pozwoliła uczonym obserwować na żywo przebieg reakcji chemicznych w niewielkim akumulatorze li-ion. Dokładne zrozumienie przebiegu osadzania się litowych włókien pozwoli - na co liczą naukowcy - opracować sposób zapobiegania temu zjawisku. Bez rozwiązania problemu łatwopalności - jak podkreśla prof. Grey, autor badań - nie ma mowy o stworzeniu akumulatorów następnej generacji. A bez tego nie ma mowy o bezpiecznym ich zastosowaniu w środkach komunikacji. Obserwacja ogniw litowych podczas pracy pozwoli nam zrozumieć kiedy dokładnie i w jakich warunkach powstają niepożądane i kłopotliwe włókienka.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Poszukiwanie nowych technologii wytwarzania akumulatorów to obecnie jeden z najbardziej aktywnych obszarów badań i inżynierii. Oczekiwanie na lepsze baterie ze strony użytkowników elektroniki, w tym także wojska, czyni z niego wyjątkowo intratny biznes - w przypadku sukcesu. Na horyzoncie rysuje się przełom zarówno jeśli chodzi o pojemność i sprawność baterii, ekologiczny sposób wytwarzania, jak i poręczność. Najnowsze osiągnięcia w tej dziedzinie zaprezentowano na 240., corocznym spotkaniu American Chemical Society (Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego, ACS). Możliwe, że już niedługo doskonałe baterie, wszywane w odzież, stworzą nam nieszkodliwe dla nas wirusy.
      Doktor Mark Allen, naukowiec Massachusetts Institute of Technology (MIT) zaprezentował nowy sposób wytwarzanie elektrod dla baterii litowo-jonowych, jakie najczęściej spotykamy w telefonach komórkowych, laptopach i generalnie urządzeniach przenośnych. Nowy rodzaj elektrod z fluorku żelaza będzie wytwarzany z pomocą wirusa, bakteriofaga M13. Wirus posłuży jako bioszablon, pozwalając na wytwarzanie elektrod w sposób ekologiczny, tani i bezpieczny - nowa metoda zredukuje niebezpieczeństwo związane z łatwopalnością baterii litowo-jonowych, która sprawiała już producentom wiele kłopotów. Wirus jest nieszkodliwy dla ludzi - jako bakteriofag żywi się bakteriami. To jest, zdaniem twórców, wielki krok w dziedzinie biochemii.
      Inną rewelacją związaną z nowym typem baterii jest to, że będą mogły być tkane - wszywane w ubrania. O takim rozwiązaniu mówi się od dawna, szczególnie chętnie na nową technologię patrzy wojsko. Współczesny żołnierz objuczony jest elektroniką: łączność radiowa, GPS, elektroniczne celowniki, noktowizory, komputery taktyczne. To wszystko wymaga zasilania i noszenia ciężkich akumulatorów. Bateria wszyta w tkaninę munduru, czy materiał kamizelki kuloodpornej ujmie przynajmniej część ciężaru i zwiększy mobilność oddziałów piechoty.
      „Ubieralne" baterie na pewno chętnie przywitają również osoby cywilne, zwłaszcza często podróżujące z dużą ilością sprzętu elektronicznego: biznesmeni, dziennikarze, czy wreszcie turyści. Nowe baterie mają być ponadto bardziej pojemne i sprawne.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Umiejętne zastosowanie zjawiska rezonansu magnetycznego pozwala na znaczne rozszerzenie możliwości nowoczesnej diagnostyki - udowadnia badacz z Carnegie Mellon University. Dzięki użyciu odpowiednich "znaczników" możliwe jest nawet śledzenie niewielkich grup komórek krążących w organizmie.
      Obrazowanie z użyciem rezonansu magnetycznego (MRI - ang. Magnetic Resonance Imaging) polega na wytwarzaniu fal elektromagnetycznych o częstotliwości zgodnej z własną częstotliwością atomów określonego pierwiastka, a następnie odczytywaniu ich lokalizacji na podstawie pomiaru pola elektromagnetycznego powstałego w wyniku ich pobudzenia. Przypomina to nieco działanie wahadła: tylko określona częstotliwość popychania zawieszonej na sznurku kuli będzie ją rozpędzała, zaś każda inna będzie zmniejszała jej szybkość. Wystarczy wobec tego sprawdzić, które "wahadła" (atomy) zostały rozpędzone, by wiedzieć, czy należa do określonego pierwiastka.
      W typowym badaniu MRI wykorzystuje się częstotliwość charakterystyczną dla atomów wodoru, pierwiastka bardzo pospolitego w ludzkim organizmie (wchodzi w skład wody, cukrów, białek itd.). Prowadzący eksperyment dr Eric Ahrens poszukiwał jednak pierwiastka znacznie rzadszego - fluoru.
      Eksperyment polegał na wyznakowaniu komórek krwi za pomocą perfluoropolieteru (PFPE), związku organicznego wysyconego atomami fluoru. Nasycone tą substancją komórki podano następnie do organizmu myszy. Po pewnym czasie przeprowadzono badanie zwierząt z użyciem rezonansu magnetycznego. Dr Ahrens wykazał, że zastosowanie opisanej techniki pozwala na precyzyjną ocenę liczby i lokalizacji podanych komórek w ciele gryzonia. Jak tłumaczy naukowiec, dzięki naszej technologii możemy obrazować określone komórki w czasie rzeczywistym i w sposób wysoce selektywny. Pozwala to na śledzenie ich położenia i ruchu oraz na ocenę ich liczby. Następnie używamy konwencjonalnego badania MRI, by uzyskać wysokiej jakości obraz pozwalający na zlokalizowanie poszukiwanych komórek w kontekście anatomicznym. Proces ten jest ułatwiony właśnie dzięki zastosowaniu fluoru jako chemicznego "znacznika" - jest on na tyle rzadki, że pozytywny sygnał w badaniu rezonansem magnetycznym oznacza wykrycie poszukiwanych komórek, a nie jakichkolwiek innych struktur.
      Możliwość śledzenia zmian położenia komórek krwi jest konieczna dla zrozumienia ich roli w procesach chorobowych. Dzięki opracowanej na Carnegie Mellon University metodzie możliwa jest ich obserwacja w czasie rzeczywistym i w sposób nieszkodliwy dla myszy, co także stanowi jej istotną zaletę. Jest to również istotne z punktu widzenia badań klinicznych - coraz więcej terapii eksperymentalnych opiera się na zastosowaniu żywych komórek, lecz stosowane dotychczas metody ich znakowania, oparte na użyciu jonów metali, były niezadowalające z uwagi na niską precyzję analizy.
      Zdaniem dr. Ahrensa metoda znakowania komórek z użyciem PFPE może być przydatnym narzędziem monitorowania postępu leczenia: moglibyśmy znakować lecznicze komórki z użyciem naszego odczynnika zanim wszczepimy je do organizmu. W ten sposób moglibyśmy używać MRI do wizualizowania ruchu komórek w ciele pacjenta i monitorować, czy migrują do miejsc, gdzie powinny ostatecznie trafić, i czy zatrzymują się tam na dłużej.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Pracujący z amerykańskim Narodowym Instytutem Zdrowia naukowcy donoszą o stworzeniu nowej metody, która pozwala na zbadanie zawartości tlenu w guzie nowotworowym bez uzyskiwania bezpośredniego dostępu do jego wnętrza. Technologia ta ma szansę stać się ważnym krokiem naprzód, pozwalającym na optymalizację terapii u indywidualnych pacjentów. Może to mieć bezpośredni wpływ na ogólną skuteczność leczenia wielu typów nowotworów.
      Dlaczego badanie poziomu tlenu w guzie jest tak ważne? Jest to istotne przede wszystkim podczas planowania radioterapii. Stosowane w tej procedurze promieniowanie ma na celu uszkodzenie DNA chorych komórek i w efekcie ich zabicie. Przeważnie nie dzieje się to jednak bezpośrednio, lecz właśnie za pośrednictwem tlenu i jego związków. Cząsteczki tego życiodajnego gazu rozpadają się pod wpływem uderzających w nie fal na tzw. wolne rodniki, które trwale uszkadzają DNA komórek. Z tego powodu dokładna znajomość ilości tlenu w nowotworze może być istotna podczas decyzji o wyborze odpowiedniego leczenia.
      Kolejnym powodem, dla którego pomiar stężenia tlenu jest tak bardzo istotny, jest jego wpływ na złośliwość guza. Udowodniono bowiem, że guzy wysycone tlenem w mniejszej ilości mają znacznie wyraźniejszą tendencję do tworzenia przerzutów. Są także trudniejsze do usunięcia, gdyż żyjąc długo w stanie niedotlenienia, "zahartowały się" i nabrały oporności na wiele typów terapii. Obniżona ilość tlenu zmniejsza także podatność guza na chemioterapię, lecz mechanizm tego zjawiska nie jest do końca zrozumiały.
      Obecnie lekarze są w stanie zbadać ilość tlenu w chorej tkance wyłącznie poprzez bezpośredni pomiar pobranego wycinka. Jest to metoda prosta i tania, lecz, niestety, często nieosiągalna (np. wtedy, gdy guz jest położony zbyt głęboko). Z odsieczą przybyli specjaliści z zakresu fizyki medycznej i diagnostyki obrazowej. Stworzyli oni system łączący dwie techniki badania metodą rezonansu magnetycznego, który ma szansę zrewolucjonizować proces planowania leczenia nowotworów.
      Na wspomniany tandem składają się dwa rodzaje badań: elektronowy rezonans paramagnetyczny oraz jądrowy rezonans magnetyczny. Pierwsza z nich pozwala wykryć związki z nieparzystą liczbą elektronów, czyli wolne rodniki. To właśnie one bezpośrednio uszkadzają DNA, prowadząc tym samym do śmierci komórki. Z kolei jądrowy rezonans magnetyczny to technika pozwalająca na określenie rozmieszczenia atomów poszczególnych pierwiastków w organizmie. Połączony obraz z obu tych badań pozwala określić, ile tlenu znajduje się w nowotworze oraz jaka jest jego zdolność do wytwarzania toksycznych dla DNA wolnych rodników. To z kolei pozwala przewidzieć, jak skuteczna będzie radioterapia w niszczeniu nieprawidłowych komórek.
      Dr Mark Dewhirst, profesor specjalizujący się w tematyce radioterapii onkologicznej, komentuje odkrycie następująco: Obrazowanie opisane w tym badaniu dostarcza wszelkich informacji pozwalających na ocenę poziomu tlenu w guzach, a także umożliwia ocenę przyczyn jego ewentualnego niedoboru w nowotworze. W związku z tym, że technika jest całkowicie nieinwazyjna dla pacjenta, można ją wykonywać wielokrotnie i w ten sposób oceniać na bieżąco skuteczność leczenia.
      Niestety, istnieją też spore problemy związane z rozwojem tej technologii. Najważniejszy z nich wynika z faktu, że dotychczas urządzenie testowano wyłącznie na myszach, co może przynieść problemy przy próbie "przeniesienia" badań na człowieka. Z tego powodu niezbędne jest przeprowadzenie jeszcze wielu testów na różnych gatunkach zwierząt, by w końcu, jeśli wszystko dobrze pójdzie, uruchomić testy na pacjentach.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nissan we współpracy z firmą NEC ma zamiar zastąpić powszechnie wykorzystywane w samochodach hybrydowych akumulatory NiMH (niklowo-wodorkow-metalowe) urządzeniami litowo-jonowymi (Li-Ion).
      Akumulatory litowo-jonowe są uznawane za doskonalsze od NiMH. Najważniejszy wydaje się fakt, że oferują one większą pojemność przy mniejszych rozmiarach, a tym samym, przy mniejszej wadze. Będzie to miało olbrzymie znacznie dla pojazdów hybrydowych i powinno pozytywnie wpłynąć na wszystkie ich charakterystyki (prędkość, przyspieszenie, zużycie paliwa itp.).
      Urządzenia litowo-jonowe budzą jednak poważne obawy dotyczące bezpieczeństwa. Są one bardziej podatne na pożar czy eksplozję. Są też mniej wytrzymałe niż akumulatory NiMH.
      Nissan i NEC pracują nad akumulatorami Li-Ion, które będą spełniały wszystkie wymogi bezpieczeństwa. Obie firmy obiecują, że w 2009 roku urządzenie będzie gotowe i rozpocznie się jego produkcja. Powołana ma zostać też spółka, robocza zwana obecnie "Automotive Enegry Supply Corporation”. Będzie ona dostarczała akumulatory do pierwszego zaprojektowanego w pełni przez Nissana samochodu hybrydowego, który ma ujrzeć światło dzienne w 2010 roku.
      We wrześniu ubiegłego roku Nissan zaprzestał współpracy z Toyotą, która zajmuje się rozwojem akumulatorów NiMH. Obecnie Toyota jest rynkowym liderem sprzedaży samochodów hybrydowych, a niedawno pokazała najbardziej luksusową i najdroższą hybrydę świata – wartego 104 750 dolarów Lexusa 600h L.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...