Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Nowa, bardziej pojemna anoda
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
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 -
przez KopalniaWiedzy.pl
Na Northwestern University powstała nowa anoda dla akumulatorów litowo-jonowych. Umożliwia ona przechowywanie 10-krotnie więcej ładunku niż obecne elektrody, a sam akumulator można załadować 10-krotnie szybciej.
Odkryliśmy sposób na dziesięciokrotne wydłużenie życia baterii litowo-jonowej. Nawet po 150 cyklach ładowania/rozładowywania, co zajmie rok lub więcej, nasz akumulator będzie pięciokrotnie bardziej wydajny niż współcześnie stosowane rozwiązania - mówi profesor Harold H. Kung.
Współczesne baterie litowo-jonowe działają dzięki przesyłaniu jonów litu pomiędzy dwoma elektrodami - anodą i katodą. Gdy używamy energii, jony litu przemieszczają się z anody, przez elektrolit, do katody. Gdy ładujemy akumulator, podróż odbywa się w odwrotną stronę.
Obecnie wydajność akumulatorów Li-Ion jest ograniczona dwoma czynnikami. Ich pojemność zależy od tego, jak wiele jonów litu może przechować anoda lub katoda. Z kolei prędkość rozładowywania, a zatem dostarczania energii, zależy od prędkości przemieszczana się jonów pomiędzy elektrolitem a anodą.
We współczesnych akumulatorach anoda wykonana jest z węgla i na każde 6 jego atomów przechowuje jeden atom litu. Eksperymentowano z zastąpieniem węgla krzemem, który ma większą pojemność, gdyż przechowuje atom litu na każde 4 atomy krzemu. Jednak podczas pracy krzem znacznie zmienia swoje rozmiary, co prowadzi do uszkodzenia elektrody i spadku pojemności baterii.
Ponadto poszczególne warstwy węgla w elektrodzie są bardzo cienkie, jednak długie. Podczas procesu ładowania każdy jon musi przebyć całą drogę od krawędzi by dotrzeć do kolejnych warstw. To zajmuje sporo czasu, a ponadto powoduje, że na krawędziach powstaje „korek" z jonów oczekujących na możliwość wyruszenia w drogę.
Zespół Kunga postanowił za jednym zamachem rozwiązać oba problemy. Po pierwsze warstwy krzemu poprzedzielał warstwami węgla. Mamy dzięki temu znacznie większą pojemność energii, gdyż wykorzystaliśmy krzem, a jego poprzedzielanie zmniejszyło straty pojemności spowodowane rozszerzaniem się i kurczeniem krzemu - wyjaśnia Kung. Uczeni wykorzystali też proces utleniania do uzyskania niewielkich (10x20 nanometrów) dziur w warstwach węgla. Dziury te tworzą skróty, dzięki którym jony litu nie muszą podróżować przez całą warstwę. Pozwoliło to na 10-krotne skrócenie czasu ładowania baterii.
Po udoskonaleniu anody uczeni chcą zająć się pracami nad katodą. Mają też zamiar opracować nowy elektrolit, który będzie powodował, że w wysokich temperaturach akumulator automatycznie przerwie pracę, dzięki czemu będzie bezpieczniejszy w użytkowaniu.
Technologia Kunga i jego zespołu powinna trafić na rynek w ciągu 3-5 lat.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Sol Cinema to kino w całości zasilane energią słoneczną. To w zasadzie minikino, ponieważ wygodnie pomieści się w nim 8 dorosłych bądź 12 dzieci.
Właściciele wyświetlają za darmo krótkie filmy o tematyce ekologicznej, komedie i muzyczne teledyski. Za popcorn trzeba już zapłacić. Dodatkowymi atrakcjami są iście gwiazdorskie wejście po czerwonym dywanie oraz obsługa starannie wystylizowanej bileterki.
Dwa 120-watowe panele ładują cztery baterie litowo-jonowe, takie jak akumulatory wykorzystywane w samochodach elektrycznych. Kino to wyremontowana dzięki wsparciu finansowemu organizacji charytatywnej Undercurrents przyczepa kempingowa z lat 60. Za głównego projektanta i konstruktora należy uznać Jo Furlonga. Pomagały mu Ami i Beth Marsden. Dzięki nim Sol Cinema działa nieprzerwanie od 2009 r. Twórcy wynajmują kino na imprezy organizowane na terenie Wielkiej Brytanii oraz Irlandii. Zapewniają lokum, projektor z wbudowanymi diodami LED oraz dobrą zabawę dla widzów w każdym wieku.
http://www.youtube.com/watch?v=Ye8gs1MN-eM -
przez KopalniaWiedzy.pl
Najnowsze badania przeprowadzone na Massachusetts Institute of Technology wskazują, że sprężyny wykonane z węglowych nanorurek mogą przechowywać tysiąc razy więcej energii niż sprężyny stalowe. Ich zdolność magazynowania energii, w przeliczeniu na jednostkę wagi, jest równa możliwościom najnowocześniejszych baterii litowo-jonowych.
Oznacza to, że w przyszłości mogą powstać liczne urządzanie napędzane za pomocą sprężyn, które sprawdzą się m.in. tam, gdzie baterie litowo-jonowe są mało przydatne. Wyobraźmy sobie np. ręczne odkurzacze do liści, które nie powodują hałasu i nie trzeba w nie wlewać benzyny czy też urządzenia opuszczane do odwiertów geologicznych i wykonujące swoje zadania w warunkach, w których baterie litowo-jonowe ulegają szybkiej degradacji.
Profesor Carol Livermore i jej zespół opublikowali dwie prace dotyczące możliwości nanorurkowych sprężyn. W lipcu ukazał się teoretyczny artykuł, który rozważał potencjał drzemiący w tego typu urządzeniach. Teraz w Journal of Micromechanics and Microengineering pani profesor opisuje wyniki testów laboratoryjnych, które potwierdziły wcześniejsze teorie.
Livermore zauważa, że w wielu zastosowaniach sprężyny przewyższają możliwości baterii. Mogą one bowiem, w przeciwieństwie do baterii, dostarczać energię bardzo szybko lub bardzo powoli. Kolejna ich zaleta to fakt, że energia z nich nie ucieka. W sprężynie może być ona przechowywana całymi latami, w baterii jest to niemożliwe. To z kolei oznacza, że sprężyny lepiej nadają się np. do awaryjnych systemów zasilania, które całymi miesiącami czy latami pozostają bezczynne. W przypadku baterii konieczne jest regularne kontrolowanie poziomu ich naładowanie oraz wymiana lub doładowywanie urządzeń. Ponadto węglowe nanorurki są słabo podatne na działanie czynników zewnętrznych, mogą więc pracować w bardzo różnych warunkach. Mogą więc być stosowane np. w przestrzeni kosmicznej, gdzie zostaną poddane bardzo niskim i bardzo wysokim temperaturom.
Zdaniem pani profesor, nanorurkowe sprężyny najpierw pojawią się w dużych urządzeniach i będą przechowywały energię mechaniczną oraz ją oddawały, a nie zamieniały ją w elektryczną. Zamiana rodzajów energii wiąże się bowiem z ich niepotrzebną stratą. Taki system może np. przydać się w rowerach, gdzie podczas hamowania w czasie zjazdu z górki sprężyna będzie nakręcana, a zmagazynowaną energię rowerzysta będzie mógł wykorzystać podjeżdżając pod górę. Jest to z pewnością rozwiązanie bardziej efektywne niż systemy stosowane w pojazdach hybrydowych, gdzie energia mechaniczna pozyskiwana podczas hamowania jest zamieniana na energię elektryczną doładowującą baterie, a następnie odzyskiwana do napędzania silnika. Mamy tu zatem do czynienia z dwukrotną konwersją energii. W systemie czysto mechanicznym konwersja nie zachodzi.
Wyprodukowanie odpowiednio długich nanorurek, z których będzie można produkować sprężyny, nie powinno być problemem, gdyż poszczególne molekuły mają bardzo silną tendencję do przyczepiania się, co ułatwia tworzenie z nich długich włókien.
Uczeni z MIT-u przyznają jednak, że minie jeszcze sporo czasu, zanim na rynek trafią pierwsze urządzenia z nanorurkowymi sprężynami. Naukowcy muszą m.in. opracować technologie masowej produkcji tanich nanorurkowych materiałów.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Hitachi informuje o powstaniu najbardziej wydajnej baterii litowo-jonowej dla samochodów elektrycznych. Nowe urządzenie zapewnia 1,7 razy więcej mocy i jest przy tym lżejsze i mniejsze niż obecnie sprzedawane baterie.
Gęstość mocy nowej baterii wynosi 4500 watów na kilogram. Gęstość taką udało się osiągnąć dzięki nowej katodzie zawierającej mangan oraz nowej architekturze samej baterii, która korzysta z cieńszych elektrod i nowej metody ładowania.
Obecnie w ofercie Hitachi znajdują się baterie o gęstości 2600 W/kg. Są one używane w przemyśle motoryzacyjnym oraz kolejowym. W 2010 roku japońska firma rozpocznie masową produkcję baterii trzeciej generacji, która zapewnia gęstość rzędu 3000 W/kg.
Próbki najnowszej, czwartej już generacji baterii, trafią do partnerów Hitachi jesienią bieżącego roku. Japończycy nie zdradzają, kiedy ich najnowszy produkt pojawi się na rynku.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.