Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Tanie i proste przechowywanie energii elektrycznej

Recommended Posts

Naukowcy z singapurskiego Uniwersytetu Narodowego pracują nad nową membraną, która jest w stanie przechowywać znacznie więcej energii niż nowoczesne baterie litowo-jonowe. Zespół doktora Xie Xian Ninga bada membranę wykonaną z polimeru bazującego na polistyrenie. Membranę zamyka się pomiędzy grafitowymi płytkami. Jej pojemność wynosi 0,2 farada na każdy centymetr kwadratowy. Standardowy kondensator przechowuje obecnie 1 mikrofarad na centymetr kwadratowy.

Dzięki pracom Singapurczyków mogą znacząco spaść ceny urządzeń do przechowywania energii. Obecnie urządzenie z płynnym elektrolitem kosztuje około 7 dolarów za każdy farad pojemności. Nowe membrany pozwalają przechować farad za 62 centy. Innymi słowy, bateria wykorzystująca singapurską membranę za cenę 1 dolara przechowa 10-20 watogodzin. Baterie litowo-jonowe za taką samą kwotę przechowują 2,5 watogodziny.

Membrana charakteryzuje się też olbrzymią wytrzymałością. Jest ona w stanie przetrwać 5000-6000 cykli ładowania/rozładowywania. Ładuje się ponadto szybciej niż standardowa bateria.

W porównaniu z akumulatorami i superkondensatorami te membrany umożliwiają budowanie tanich urządzeń o bardzo prostej architekturze. Co więcej, wydajność membran przewyższa akumulatory i superkondensatory - powiedział doktor Xie.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Po pierwsze, to świetna wiadomość przybliżająca przejście na wózki elektryczne. Przy trwałości 5000 cykli ładowania (ponad trzynaście lat codziennego ładowania) mamy dużo mniejsze problemy z przetwarzaniem zużytych akumulatorów.

Po drugie, jak to tak? Bez grafenu? Na polistyrenie? Przecież to niemodne :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

(...) Jej pojemność wynosi 0,2 farada na każdy centymetr kwadratowy. Standardowy kondensator przechowuje obecnie 1 mikrofarad na centymetr.

 

Albo czegoś tu brakuje, albo porównanie jest nieporozumieniem

Share this post


Link to post
Share on other sites

Wszystko jest ok. 0,2 farada to 200 mikrofaradów, więc membrana przechowuje 200-krotnie więcej energii.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Wszystko jest ok. 0,2 farada to 200 mikrofaradów, więc membrana przechowuje 200-krotnie więcej energii.

 

 

mikro to 10-6 zatem 2*105 razy więcej. Naprawdę imponujące.

Share this post


Link to post
Share on other sites

 

zatem 2*105 razy więcej. Naprawdę imponujące.

 

Albo tak imponujace, że już można zapisywać się na nowy samochód elektryczny z takim membranowym akumulatorem i sprzedawać stary póki ktoś jeszcze chce kupić,

albo pomyłka naukowców w pomiarach, czy też zabrakło przedrostka mili przed słowem farad.

Share this post


Link to post
Share on other sites

@mikroos: Krzyśkowi chodziło raczej o to, że porównuje się pojemność na cm2 do pojemności na cm :). Po prostu w artykule brakuje 2.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Dodałem te "kwadratowe". Sprawdziłem w źródle dwukrotnie. Piszą wyraźnie o 1 mikro- i o 0,2 farad.

Nie chce być inaczej. Sprawdzałem też w innych źródłach. Wszyscy podają tę informację, którą podał Uniwerek.

Wiem, ze to brzmi niewiarygodnie, bo oznacza zwiększenie pojemności o 200 000 razy. Może za jakiś czas się zreflektują...

 

Napisałem do nich maila z pytaniem, czy się nie pomylili.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jeśli jest to pomyłka to została powielona wszędzie. Raczej nie sądzę. Za bardzo poszło w świat żeby nie zostało sprostowane.

Mnie bardziej ciekawi czy można te płytki zwijać jak w zwykłych kondensatorach. I przydałoby się podwyższyć napięcie z 3 V do 12/24/48. Łączenie szeregowo kondensatorów jest niepraktyczne (maleje pojemność) i nierównomiernie się napięcie rozkłada.

Share this post


Link to post
Share on other sites
swoją drogą jak mikroos mógł się pomylić co do jednostki mikro :P

wiesz jak jest... szewc bez butów chodzi :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ciekawe jak z wytrzymałością temperaturową bo nic nie napisali na ten temat. Żeby się tylko nie okazało że przy 60 czy -10 stopniach celsjusza akumulatorek nie działa...

 

W każdym bądź razie bardzo dobra wiadomość, bo dzisiejsze telefony komórkowe napakowane całą masą gadżetów i wysokowydajnym sprzętem wytrzymują zdecydowanie za krótko.

 

Tylko ciekawe ile lat upłynie do czasu wprowadzenia tego w życie...

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jeśli jest to pomyłka to została powielona wszędzie. Raczej nie sądzę. Za bardzo poszło w świat żeby nie zostało sprostowane.

Mnie bardziej ciekawi czy można te płytki zwijać jak w zwykłych kondensatorach. I przydałoby się podwyższyć napięcie z 3 V do 12/24/48. Łączenie szeregowo kondensatorów jest niepraktyczne (maleje pojemność) i nierównomiernie się napięcie rozkłada.

 

A gdyby szeregowo odbywało się tylko zasilanie z takiego zestawu płytek, ale ładować je równolegle? Wymagałoby to pewnie zastosowania diod w połączeniach szeregowych, ale wtedy można by ładować wyższym prądem przy napięciu pojedynczego ogniwa, a przy rozładowywaniu uzyskiwałoby się wyższe napięcie.

 

Zresztą do póki nie zostaną ujawnione dokładniejsze informacje na temat tego wynalazku, to można jedynie sobie gdybać :).

Share this post


Link to post
Share on other sites

Tylko ciekawe ile lat upłynie do czasu wprowadzenia tego w życie...

To jest tak rewelacyjna wiadomość, że moim zdaniem czas oczekiwania wydłuży się w "nieskończoność" (uwaga, teoria spiskowa), albo okaże się, że technologia jest droga_w_produkcji/nieekologiczna/trująca/niewydajna_w_jakiś_tam_warunkach/student_przestawił_profesorowi_zakres_na_mierniku_i_to_nie_0.2F_tylko_0.2uF (teoria spiskowa nr 2) :)

 

To byłaby rewolucja na rynku magazynowania energii!

 

radar

Share this post


Link to post
Share on other sites

To jest tak rewelacyjna wiadomość, że moim zdaniem czas oczekiwania wydłuży się w "nieskończoność" (uwaga, teoria spiskowa), albo okaże się, że technologia jest droga_w_produkcji/nieekologiczna/trująca/niewydajna_w_jakiś_tam_warunkach/student_przestawił_profesorowi_zakres_na_mierniku_i_to_nie_0.2F_tylko_0.2uF (teoria spiskowa nr 2) :)

 

To byłaby rewolucja na rynku magazynowania energii!

 

radar

 

Nie pierwszy i nie ostatni raz zjawisko zaobserwowane w warunkach laboratoryjnych nie dałoby się przenieść w zastosowanie praktyczne. Ale rzeczywiście te 5 rzędów wielkości to sensacja wzbudzająca podejrzenia jeszcze większe niż polski metanol z CO2

Share this post


Link to post
Share on other sites
A gdyby szeregowo odbywało się tylko zasilanie z takiego zestawu płytek, ale ładować je równolegle?

To mamy rozwiązany problem uzyskania wyższego napięcia. Natomiast co byśmy nie zrobili to zawsze łączenie szeregowe zmniejszy pojemność.

Ładujemy określonym ładunkiem, jeśli chcemy wyższego napięcia to pojemność spadnie Q=CxU. Ładunek i energia pozostają.

Dlatego od razu lepiej jest budować na określone napięcie. Nie tracimy czasu na kombinowanie z układami przełączającymi. Także lepiej nam to wygląda gabarytowo: 1 kondensator na 12 V niż 4 na 3 V. Lepsze wykorzystanie przestrzeni.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Podbijam. 5 lat minęło - gdzie to można kupić? :D

Taki rewolucyjny wynalazek, same zalety :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

To może niech Mariusz się przypomni autorowi badań. Raz już mu odpisał, to może i teraz zechce :D

Share this post


Link to post
Share on other sites

Mamy tu do czynienia z rewolucyjnym wynalazkiem :D Rozumiem, że linie produkcyjne łatwo się nie buduje ale powinno być już przynajmniej info że jakiś wielki producent zamierza przestawić linie produkcyjną. A tu nic :)

Czy jedynym wiarygodnym źródłem nowinek technicznych są prospekty reklamowe firm? Bo nowinki od badaczy to chyba chodzi o reklamę s-f:

halo, firmy - tu jestem dajcie kasę to odsprzedam wynalazek :D

Edited by thikim

Share this post


Link to post
Share on other sites

To jest tak rewelacyjna wiadomość, że moim zdaniem czas oczekiwania wydłuży się w "nieskończoność" (uwaga, teoria spiskowa), albo okaże się, że technologia jest droga_w_produkcji/nieekologiczna/trująca/niewydajna_w_jakiś_tam_warunkach/student_przestawił_profesorowi_zakres_na_mierniku_i_to_nie_0.2F_tylko_0.2uF (teoria spiskowa nr 2) :)

 

To byłaby rewolucja na rynku magazynowania energii!

 

radar

Jak nic, tajemnicza cisza nad tym wynalazkiem to zapewne znów jakiś spisek przeciwko ludzkości firm związanych z wydobyciem ropy naftowej. 

(no chyba, ze chodzi o jakiś poluzowany kabelek (vide neutrina), który wypaczył wcześniejsze wyniki badań)

Edited by Eco_PL

Share this post


Link to post
Share on other sites

Tak wracając do samego artykułu: faradów się nie przechowuje. Przechowuje się ładunek elektryczny w postaci nadmiaru elektronów w jednym miejscu i niedomiaru w drugim. To kosztuje wykonanie pracy równej 1/2 C U2 . Więc można powiedzieć że przechowujemy też równoznaczną ilość energii.

Liczba w faradach czyli pojemność to współczynnik określający ile tej energii możemy zgromadzić przy danym napięciu.

Tutaj mówiliśmy o 0,2 F na cm2. To w sumie nie znaczy za wiele bez podania napięcia i wymiarów.

Ale załóżmy napięcie 1 V i wymiar baterii w telefonie ok. 30 cm2. To nam da 6 F i 1 V czyli 3 J.

Teraz bateria jakaś:(mój telefon i te same wymiary):

3,8 V i 7,98 Wh czyli energia: 7,98*3600= 28,7 kJ. Kurcze sporo.

No to jeszcze załóżmy że i ta membrana może przechować 3,8 V. Wtedy wychodzi 1/2*6F*3,8^2= 43 J.

Bez grubości membrany nic tu nie policzymy ani nie zweryfikujemy.

Warstw membrany trzeba by ułożyć z 500 żeby uzyskać podobne parametry jak dla zwykłej baterii w smartfonie.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Z myślą o ludziach, którzy nie mają dostępu do czystej wody pitnej, inżynierowie z Uniwersytetu Waszyngtona w St. Louis stworzyli membranę, która oczyszcza wodę i zapobiega porastaniu bakteriami i innymi szkodliwymi organizmami (ang. biofouling). W błonie wykorzystano tlenek grafenu i bakteryjną nanocelulozę.
      Jeśli technologię opisaną na łamach pisma Environmental Science & Technology uda się przeskalować, znajdzie ona zastosowanie w wielu krajach rozwijających się, które zmagają się z niedoborem czystej wody.
      Biofouling jest zjawiskiem, które trudno całkowicie wyeliminować. Prof. Srikanth Singamaneni i Young-Shin Jun pracowali nad tym niemal 5 lat. Wcześniej uzyskali inne błony zawierające złote nanogwiazdy, ale zależało im na stworzeniu wersji bazującej na tańszych materiałach.
      Produkcja nowej membrany zaczyna się od "dokarmiania" bakterii Gluconacetobacter hansenii cukrową substancją. Dzięki temu, przebywając w wodzie, mogą one potem tworzyć nanowłókna celulozy. Podczas wzrostu nanocelulozy dodawane są płatki tlenku grafenu (GO). Gdy GO jest już wbudowany, kompozyt poddaje się działaniu roztworu zasady, który zabija bakterie. Podczas tego procesu grupy tlenowe GO są eliminowane i powstaje zredukowany GO.
      Gdy zespół oświetlił membranę promieniami słonecznymi, płatki zredukowanego GO natychmiast wytworzyły ciepło, które rozproszyło się po wodzie i nanocelulozie.
      Jeśli chcesz oczyścić wodę z mikroorganizmów, zredukowany tlenek grafenu może pochłaniać światło słoneczne, podgrzewać błonę i zabijać bakterie - wyjaśnia Singamaneni.
      Podczas testów Amerykanie wystawili błonę na działanie pałeczek okrężnicy (Escherichia coli), a później oświetlili jej powierzchnię. Po zaledwie 3-min naświetlaniu, E. coli zginęły. Akademicy ustalili, że błona szybko podgrzewała się do temperatury ponad 70°C.
      Gdy eksperyment powtórzono z membraną z bakteryjnej nanocelulozy bez zredukowanego GO, E. coli pozostawały żywe.
      To przypomina drukowanie 3D z pomocą mikroorganizmów. Podczas wzrostu bakteryjnej nanocelulozy można dodawać, co się chce. Przyglądaliśmy się takim membranom w różnych warunkach pH i pozostawały one bardziej stabilne niż błony uzyskane na drodze filtracji próżniowej czy powlekania obrotowego tlenkiem grafenu - opowiada Jun.
      Singamaneni i Jun proponują, by w przyszłości zaprezentowane przez nich filtry były wyposażane w nanogeneratory, które będą wykorzystywać energię mechaniczną przepływu cieczy do uzyskiwania światła i ciepła. Wg nich, mogłoby to obniżyć ogólne koszty.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Użytkownicy smartfonów, którym zależy na dłuższej pracy na pojedynczym ładowaniu baterii powinni zastanowić się nad częstszym używaniem... płatnych wersji oprogramowania. Abhinav Pathak i Charlie Hu z Purdue University oraz Ming Zhang z Microsoft Research odkryli, że bezpłatne aplikacje zużywają niezwykle dużo energii.
      Badacze stworzyli program Eprof, który bardzo szczegółowo opisuje zużycie energii przez urządzenie podczas używania różnych aplikacji. Następnie sprawdzili za jego pomocą smartfony z systemami Android i Windows Phone. Okazało się, że bezpłatne oprogramowanie, takie jak np. Angry Birds, Free Chess, Facebook i NYTimes na potrzeby swoich zasadniczych funkcji wykorzystuje jedynie 10-30 procent zużywanej energii. Na przykład Angry Birds używają tylko 20% wykorzystywanej energii na obsługę gry, a 45% jest zużywane na określenie lokalizacji użytkownika przez GPS oraz ładowanie odpowiednich reklam przez 3G. Łącze 3G pozostaje otwarte przez około 10 sekund po zakończeniu transmisji, co zużywa kolejne 28% energii.
      Eprof wykazał też, że takie marnotrawstwo energii jest związane z błędami niechlujnie napisanym kodem do zarabiania na bezpłatnych programach.
      Badacze udowodnili, że wilk może być syty i owca cała - poprawili kod w czterech programach, zmniejszając konsumpcję energii od 20 do 65 procent.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Inżynierowie z Pennsylvania State University połączyli dwie technologie pozyskiwania energii - biochemiczne ogniwa paliwowe wykorzystujące mikroorganizmy oraz odwróconą elektrodializę - dzięki czemu udało się oczyścić ścieki dzięki energii pozyskanej z nich samych. Co więcej, powstała też nadmiarowa energia, którą można odprowadzić do sieci.
      Profesor Bruce E. Logan, który nadzorował badania, mówi, że ich celem jest doprowadzenie do sytuacji, w której systemy dostarczania wody i odprowadzania ścieków będą energetycznie samowystarczalne. Zdaniem Logana miejskie ścieki mają kolosalny potencjał energetyczny. Można z nich pozyskać nawet 9-krotnie więcej energii niż potrzeba do ich oczyszczenia. Nie trzeba dużo myśleć, by dojść do wniosku, że cały proces można uczynić przynajmniej neutralnym pod względem zużycia energii - stwierdził uczony.
      Połączenie ogniwa biochemicznego i odwróconej elektrodializy pozwoliło na przezwyciężenie słabości obu tych technologii.
      Ogniwo biochemiczne składa się z dwóch komór przedzielonych półprzepuszczalną membraną, którą protony mogą przenikać tylko w jedną stronę. Wystarczy wsadzić elektrody do komór, by uzyskać baterię. Do jednej z elektrod należy przyczepić mikroorganizmy rozkładające molekuły organiczne. Z ich rozkładu powstają prostsze molekuły oraz protony i elektrony. Protony przechodzą przez membranę, tworząc potencjał pomiędzy obiema komorami, a elektrony przepływają poprzez elektrodę do sąsiedniej komory, gdzie łączą się z protonami i tlenem, tworząc wodę.
      Odwrócona elektrodializa również korzysta z przepływu jonów, jednak działa dzięki różnej ich koncentracji. Do pracy wymaga dwóch membran - jednej pozwalającej na przepływ jonów ujemnych, drugiej umożliwiającej przepływ jonów dodatnich. Całość trzeba zatem podzielić na trzy komory. Jeśli np. do środkowej wlejemy wodę morską, a do bocznych słodką, to jony przenikną przez odpowiednie membrany, w wyniku czego jedna z bocznych komór będzie naładowana dodatnio, druga - ujemnie.
      Obie te metody nie są pozbawione wad. Biochemiczne ogniwo paliwowe pozwala na uzyskanie niewielkiej mocy, a odwrócona elektrodializ działa, gdy połączymy co najmniej 20 par membran, co jest kosztownym przedsięwzięciem.
      Dzięki połączeniu obu technologii liczbę par membran w systemie odwróconej elektrodializy zmniejszono do 5, jednocześnie zwiększając 7-krotnie moc uzyskiwaną z ogniwa biochemicznego.
      Kluczowym elementem całości jest użycie w miejsce wody morskiej wodorosoli amonowej kwasu węglowego (NH4HCO3). Sól tę można odzyskiwać z roztworu po podgrzaniu go do nieco ponad 40 stopni Celsjusza, co oznacza, że można poddawać ją recyklingowi wykorzystując ciepło odpadowe całego procesu.
      Największym problemem stojącym przed zespołem Logana jest przeskalowanie urządzenia tak, by można było przeprowadzić testy w istniejących systemach wodociągowych.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Opadające krople deszczu trą o powietrze, przez co energia kinetyczna zarówno kropli jak i powietrza zamieniana jest w energię cieplną i zostaje rozproszona. Grupa matematyków policzyła ilość rozpraszanej w ten sposób energii i ze zdumieniem odkryła, że opady deszczu mogą być bardzo istotnym składnikiem ogólnego bilansu energetycznego atmosfery.
      Matematycy Olivier Pauluis z New York University oraz Juliana Dias z Narodowej Administracji Oceanów i Atmosfery (NOAA) wykorzystali dane uzyskane przez program Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM). Z ich obliczeń wynika, że pomiędzy 30. stopniem szerokości północnej a 30. stopniem szerokości południowej, rozproszenie energii wskutek tarcia kropli deszczu o powietrze średnio 1,8 wata na metr kwadratowy. Spadające krople wody i kryształki lodu stanowią minimalną część masy atmosfery, jednak, jak się okazuje, prowadzą do rozproszenia olbrzymich ilości energii.
      Specjaliści przewidują, że w miarę jak klimat będzie się ocieplał, opady staną się bardziej intensywne. Co więcej krople będą miały dłuższą drogę do przebycia, gdyż para wodna będzie kondensowała na większych wysokościach. Pauluis uważa, że na każdy stopień wzrostu temperatury ilość rozpraszanej energii wzrośnie o kilka procent. Wyliczenia te są zgodne z wcześniejszymi modelami klimatycznymi. Spodziewamy się, że wraz ze wzrostem temperatury wielkoskalowe cyrkulacje powietrza w tropikach, takie jak komórka Hadleya czy komórka Walkera osłabną - mówią uczeni. Można zatem spodziewać się osłabnięcia pasatów, które są częścią obu komórek.
      Nie osłabną za to huragany. Są one bowiem zależne nie od energii zgromadzonej w atmosferze a od temperatury powierzchni oceanów. Eksperci zapowiadają wzrost siły tych wiatrów.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Sposób na lekooporne bakterie szpitalne? Otwieranie okien. Jack Gilbert z Argonne National Laboratory uważa, że wpuszczenie do środka innych mikroorganizmów może zachwiać pozycją superbakterii, które w sterylnym na co dzień otoczeniu nie mają po prostu konkurencji.
      Amerykanin wyjaśnia, że gdyby porozmawiać z jakimkolwiek lekarzem z oddziałów czy klinik leczących zakażenia ran, dowiedzielibyśmy, że mimo ciągłego odkażania narzędzi i rąk, patogeny dostają się do organizmu operowanych. To sytuacja, kiedy nie mają one żadnej konkurencji ze strony innych bakterii skórnych lub środowiskowych, bo te zostały przecież wyeliminowane.
      Nadmierne wykorzystanie antybiotyków i środków sterylizujących zagraża populacji korzystnych dla zdrowia bakterii szpitalnych. Otwierając okna, [...] albo rozrzedzimy patogeny, albo nie pozwolimy im się zadomowić i rozrosnąć ze względu na zbyt dużą konkurencję o składniki odżywcze i energię.
      Rozwiązanie rodem z klasycznego podręcznika "Uwagi o pielęgniarstwie" autorstwa Florence Nightingale wydają się jeszcze bardziej zasadne w świetle wyników badań, które upubliczniono pod koniec zeszłego roku. Jessica Green z Oregon University wykazała bowiem, że powietrze w klimatyzowanych salach szpitalnych zawiera, w porównaniu do sal wietrzonych, mniej zróżnicowane populacje mikroorganizmów. W oparciu o mikrobiom stwierdzono, że relatywna częstość występowania bakterii blisko spokrewnionych z ludzkimi patogenami była wyższa w pomieszczeniach niż na zewnątrz i wyższa w pomieszczeniach ze słabszym przepływem powietrza i niższą wilgotnością względną.
      Budynki są w końcu złożonymi ekosystemami i nie wolno zapominać, że bilony mikroorganizmów wchodzą tu w interakcje ze sobą, ludźmi i otoczeniem. My możemy zaburzać równowagę, ale i starać się ją przywracać...
×
×
  • Create New...