Sign in to follow this
Followers
0
Dzięki anodzie z MIT powstaną bardziej pojemne i wytrzymałe akumulatory do smartfonów
By
KopalniaWiedzy.pl, in Technologia
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
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 -
By KopalniaWiedzy.pl
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 -
By KopalniaWiedzy.pl
Trzmiel nie powinien latać, ale o tym nie wie, i lata, Lot trzmiela przeczy prawom fizyki. Setki tysięcy trafień w wyszukiwarkach, rozpaleni komentatorzy i teorie spiskowe, posiłkujące się tym mitem pokazują, jak bardzo trwałe potrafią być niektóre fałszywe przekonania. Bo przecież niemal każdy z nas słyszał, że zgodnie z prawami fizyki trzmiel latać nie powinien i każdy z nas widział, że jednak lata. Naukowcy najwyraźniej coś przed nami ukrywają lub coś nie tak jest z fizyką. A może coś nie tak jest z przekonaniem o niemożności lotu trzmiela?
Obecnie trudno dociec, skąd wziął się ten mit. Jednak z pewnością możemy stwierdzić, że swój udział w jego powstaniu miał francuski entomolog Antoine Magnan. We wstępie do swojej książki La Locomotion chez les animaux. I : le Vol des insectes z 1934 roku napisał: zachęcony tym, co robione jest w lotnictwie, zastosowałem prawa dotyczące oporu powietrza do owadów i, wspólnie z panem Sainte-Lague, doszliśmy do wniosku, że lot owadów jest niemożliwością. Wspomniany tutaj André Sainte-Laguë był matematykiem i wykonywał obliczenia dla Magnana. Warto tutaj zauważyć, że Magnan pisze o niemożności lotu wszystkich owadów. W jaki sposób w popularnym micie zrezygnowano z owadów i pozostawiono tylko trzmiele?
Według niektórych źródeł opowieść o trzmielu, który przeczy prawom fizyki krążyła w latach 30. ubiegłego wieku wśród studentów niemieckich uczelni technicznych, w tym w kręgu uczniów Ludwiga Prandtla, fizyka niezwykle zasłużonego w badaniach nad fizyką cieczy i aerodynamiką. Wspomina się też o „winie” Jakoba Ackereta, szwajcarskiego inżyniera lotnictwa, jednego z najwybitniejszych XX-wiecznych ekspertów od awiacji. Jednym ze studentów Ackerta był zresztą słynny Wernher von Braun.
Niezależnie od tego, w jaki sposób mit się rozwijał, przyznać trzeba, że Magnan miałby rację, gdyby trzmiel był samolotem. Jednak trzmiel samolotem nie jest, lata, a jego lot nie przeczy żadnym prawom fizyki. Na usprawiedliwienie wybitnych uczonych można dodać, że niemal 100 lat temu posługiwali się bardzo uproszczonymi modelami skrzydła owadów i jego pracy. Konwencjonalne prawa aerodynamiki, używane do samolotów o nieruchomych skrzydłach, rzeczywiście nie są wystarczające, by wyjaśnić lot owadów. Tym bardziej, że Sainte-Laguë przyjął uproszczony model owadziego skrzydła. Tymczasem ich skrzydła nie są ani płaskie, ani gładkie, ani nie mają kształtu profilu lotniczego. Nasza wiedza o locie owadów znacząco się zwiększyła w ciągu ostatnich 50 lat, a to głównie za sprawą rozwoju superszybkiej fotografii oraz technik obliczeniowych. Szczegóły lotu trzmieli poznaliśmy zaś w ostatnich dekadach, co jednak nie świadczy o tym, że już wcześniej nie wiedziano, że trzmiel lata zgodnie z prawami fizyki.
Z opublikowanej w 2005 roku pracy Short-amplitude high-frequency wing strokes determine the aerodynamics of honeybee flight autorstwa naukowców z Kalifornijskiego Instytut Technologicznego (Caltech) oraz University of Nevada, dowiadujemy się, że większość owadów lata prawdopodobnie dzięki temu, iż na krawędzi natarcia ich skrzydeł tworzą się wiry. Pozostają one „uczepione” do skrzydeł, generując siłę nośną niezbędną do lotu. U tych gatunków, których lot udało się zbadać, amplituda uderzeń skrzydłami była duża, a większość siły nośnej było generowanej w połowie uderzenia.
Natomiast w przypadku pszczół, a trzmiele są pszczołami, wygląda to nieco inaczej. Autorzy badań wykazali, że pszczoła miodna charakteryzuje się dość niewielką amplitudą, ale dużą częstotliwością uderzeń skrzydłami. W ciągu sekundy jest tych uderzeń aż 230. Dodatkowo, pszczoła nie uderza skrzydłami w górę i w dół. Jej skrzydła poruszają się tak, jakby ich końcówki rysowały symbol nieskończoności. Te szybkie obroty skrzydeł generują dodatkową siłę nośną, a to kompensuje pszczołom mniejszą amplitudę ruchu skrzydłami.
Obrany przez pszczoły sposób latania nie wydaje się zbyt efektywny. Muszą one bowiem uderzać skrzydłami z dużą częstotliwością w porównaniu do rozmiarów ich ciała. Jeśli przyjrzymy się ptakom, zauważymy, że generalnie, rzecz biorąc, mniejsze ptaki uderzają skrzydłami częściej, niż większe. Tymczasem pszczoły, ze swoją częstotliwością 230 uderzeń na sekundę muszą namachać się więcej, niż znacznie mniejsza muszka owocówka, uderzająca skrzydłami „zaledwie” 200 razy na sekundę. Jednak amplituda ruchu skrzydeł owocówki jest znacznie większa, niż u pszczoły. Więc musi się ona mniej napracować, by latać.
Pszczoły najwyraźniej „wiedzą” o korzyściach wynikających z dużej amplitudy ruchu skrzydeł. Kiedy bowiem naukowcy zastąpili standardowe powietrze (ok. 20% tlenu, ok. 80% azotu) rzadszą mieszaniną ok. 20% tlenu i ok. 80% helu, w której do latania potrzebna jest większa siła nośna, pszczoły utrzymały częstotliwość ruchu skrzydeł, ale znacznie zwiększyły amplitudę.
Naukowcy z Caltechu i University of Nevada przyznają, że nie wiedzą, jakie jest ekologiczne, fizjologiczne i ekologiczne znaczenie pojawienia się u pszczół ruchu skrzydeł o małej amplitudzie. Przypuszczają, że może mieć to coś wspólnego ze specjalizacją w kierunku lotu z dużym obciążeniem – pamiętajmy, że pszczoły potrafią nosić bardzo dużo pyłku – lub też z fizjologicznymi ograniczeniami w budowie ich mięśni. W świecie naukowym pojawiają się też głosy mówiące o poświęceniu efektywności lotu na rzecz manewrowości i precyzji.
Niezależnie jednak od tego, czego jeszcze nie wiemy, wiemy na pewno, że pszczoły – w tym trzmiele – latają zgodnie z prawami fizyki, a mit o ich rzekomym łamaniu pochodzi sprzed około 100 lat i czas najwyższy odłożyć go do lamusa.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Co definiuje nas, ludzi, jako odrębny i wyjątkowy gatunek? Myślenie abstrakcyjne, język - takie są najczęstsze odpowiedzi. Od dawna było wiadomo, które obszary mózgu odpowiadają za umiejętności językowe, ale tylko mniej więcej. Próby dokładniejszego określenia które to są obszary i co dokładnie robią napotykały na trudności. Wyniki otrzymywane przy użyciu dotychczasowych metod były niepewne i budzące wątpliwości. Potrzeba było innej metodyki badań, jaką zaproponowała Evelina Fedorenko, doktorantka znanego MIT.
Wiadomo było, że za poszczególne aspekty języka najprawdopodobniej odpowiadają różne obszary mózgu. Wskazywały na to badania osób, które po wypadkach cierpiały na rzadkie i specyficzne trudności w mówieniu: na przykład niemożność układania zdań w czasie przeszłym. Ale próby precyzyjnego umiejscowienia tych obszarów spełzały na niczym. Aktualne techniki obrazowania pracy mózgu dawały mało wiarygodne wyniki. Za przyczynę takiego stanu rzeczy uznano fakt, że dotychczasowe badania opierały się na uśrednionych statystycznie analizach badań wielu osób, co mogło wprowadzać szum statystyczny i zniekształcać wyniki.
Sposobem na obejście problemu było uprzednie zdefiniowanie „regionów zainteresowania" osobno u każdej z badanych osób. Aby tego dokonać, rozwiązywali oni zadania aktywizujące różne funkcje poznawcze. Opracowane w tym celu przez Evelinę Fedorenko zadanie wymagało czytania na zmianę sensownych zdań oraz ciągu pseudosłów, możliwych do wymówienia, ale nie mających żadnego sensu.
Na otrzymanych obrazach aktywności mózgu wystarczyło teraz odjąć obszary aktywowane przez pseudosłowa od obszarów uruchamianych przez pełne zdania, żeby precyzyjnie - dla każdego badanego oddzielnie - określić obszary umiejętności językowych. Nowe podejście do badań mózgi pozwoli bardziej precyzyjnie określać obszary kory mózgowej odpowiedzialne za konkretne, poszczególne zdolności poznawcze: muzyczne, matematyczne i inne. Zestaw narzędzi do takich badań został udostępniony na domowej stronie Eveliny Fedorenko. Ma ona nadzieję, że akumulacja wyników przeprowadzanych w laboratoriach na całym świecie przyspieszy rozwój nauk o mózgu.
Artykuł omawiający wyniki badań przeprowadzonych na McGovern Institute for Brain Research at MIT ukazał się w periodyku Journal of Neurophysiology.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Systemy bezprzewodowego ładowania uwalniają nas od kabli i konieczności pamiętania, gdzie zostawiliśmy ładowarkę. Wciąż jednak musimy mieć dostęp do maty czy stacji ładującej, a komercyjnie dostępne systemy zwykle ograniczają się do możliwości bezprzewodowego ładowania smartfonów czy szczoteczek elektrycznych. Jednak na Uniwersytecie Tokijskim powstał system, który pozwala na bezpieczne ładowanie urządzeń w dowolnym miejscu pomieszczenia. Co więcej, system jest skalowany do tego stopnia, że w wielkie stacje ładowania można zamieniać np. całe fabryki czy magazyny.
Wczesne próby bezprzewodowego przesyłania energii polegały na wykorzystaniu promieniowania elektromagnetycznego np. w formie mikrofal.Jednak ich wykorzystanie jest niebezpieczne. Współcześnie technologie takie znacznie udoskonalono i to do tego stopnia, że trwają prace nad bezprzewodowym przesyłaniem energii pozyskiwanej z przestrzeni kosmicznej. Jednak tego typu systemy wymagają stosowania zespołów anten oraz złożonych urządzeń do śledzenia pozycji odbiornika.
Znacznie bezpieczniejszym sposobem przesyłania energii jest wykorzystanie magnetycznego sprzężenia indukcyjnego. Tutaj jednak pojawia się problem gwałtownego spadku natężenia pola magnetycznego wraz z odległością. Dlatego też ładowany smartfon musi leżeć na macie ładującej lub zaraz obok niej.
Główny autor wspomnianych badań badań, doktor Takuya Sasatani z Wydziału Inżynierii Elektrycznej i Systemów Informacyjnych oraz jego koledzy – Yoshihiro Kawahara z Uniwersytetu Tokijskiego i Alanson P. Sample z University of Michigan – opracowali technikę nazwaną kwazistatycznym rezonansem wnękowym (QSCR – uasistatic cavity resonance). Korzysta ona z przewodzących powierzchni wbudowanych w ściany pomieszczenia oraz przewodzącym słupem na jego środku. Razem tworzą one trójwymiarowe pole magnetyczne, które ładuje urządzenia dzięki dołączonym do nich niewielkim odbiornikom. Te będzie można, oczywiście, wbudować w same urządzenia. Naukowcy wybudowali na potrzeby badań niewielki aluminiowy pokój testowy o wymiarach 3x3x2 metry i wykazali, że są w stanie zasilać w dowolnym jego miejscu smartfony, żarówki czy wentylatory. Niezależnie od tego, jak są ustawione meble czy gdzie znajdują się ludzie.
Nasze rozwiązanie pozwala na dostarczenie dziesiątków watów mocy w dowolnym miejscu pomieszczenia. Inne technologie nie dają takich możliwości. W porównaniu z obecnie stosowanymi matami czy stacjami ładującymi, mamy tutaj pełną swobodę jeśli chodzi o pozycję ładowanego urządzenia, mówi Sasatani.
Jednym z problemów, które musieli pokonać była likwidacja szkodliwego pola elektrycznego. Poradzili sobie z tym problemem umieszczając we wnękach w ścianach rodzaj kondensatorów, dzięki którym ich urządzenie generowało pole magnetyczne „wydobywające się” ze ścian, a pole elektryczne zostało uwięzione w kondensatorach. Kolejnym wyzwaniem było zapewnienie obecności pola magnetycznego w każdym miejscu pokoju. Badacze uzyskali to tworząc liczne pola 3D. Jedno z nich było generowane z kolumny w centrum pokoju, inne znajdowały się w rogach.
Efektywność energetyczna takiego rozwiązania przekracza 37% w dowolnym miejscu pomieszczenia. Testy bezpieczeństwa pokazały, że system może dostarczyć do dowolnego punktu pokoju co najmniej 50 watów, bez przekraczania zaleceń dotyczących natężenia pola elektromagnetycznego. Jednak Sasatani przyznaje, że przeprowadzono bardzo wstępne badania i konieczne są bardziej szczegółowe eksperymenty, by sprawdzić, czy system jest bezpieczny.
Mimo, że QSCR znajduje się dopiero na wstępnych etapach rozwoju, niewykluczone że w przyszłości ta lub podobne technologie zrewolucjonizują nasze życie. Dzięki nim bowiem możliwe byłoby umieszczenie komputerów, inteligentnych urządzeń czy robotów w dowolnym punkcie pomieszczenia, bez potrzeby pamiętania o ich ładowaniu. Jednym z poważnych wyzwań, przed którymi może stanąć nowa technologia jest konieczność dostosowania już istniejących pomieszczeń. O ile nowe budynki można by projektować i wznosić z myślą o użyciu ich jako wielkich bezprzewodowych ładowarek, to istniejące wymagałyby poważnych przeróbek. Sasatani jest jednak optymistą. Być może w przyszłości powstaną odpowiednie przewodzące farby i wystarczy pomalować już istniejące pomieszczenie, stwierdza.
Szczegółowy opis technologii znajdziemy na łamach Nature Electronics.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.