Elektrolit z Politechniki Warszawskiej wydłuża czas życia akumulatorów
By
KopalniaWiedzy.pl, in Technologia
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
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 -
By KopalniaWiedzy.pl
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 -
By KopalniaWiedzy.pl
Polscy naukowcy opracowali rozwiązanie SkinLogic, które pozwala na sprawniejsze przeprowadzanie skórnych testów alergicznych i otrzymywanie bardziej wiarygodnych wyników. Metoda wykorzystuje kamery wizyjną i termowizyjną oraz system analizujący zdjęcia z pikselową dokładnością.
Autorami opisywanego rozwiązania są specjaliści z Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej, zespołu prof. Jacka Stępnia (spółka Milton Essex) i Wojskowego Instytutu Medycznego.
Badania kliniczne dały bardzo dobre rezultaty. System prawidłowo rozpoznaje aż 98% przypadków, w tym również alergii rzadkich. Co więcej, za pomocą SkinLogic można wykrywać zmiany, których średnica nie przekracza 0,3 mm.
Budowa i działanie SkinLogic
Jak podkreślono w komunikacie prasowym Politechniki Warszawskiej (PW), z informatycznego punktu widzenia SkinLogic jest systemem przetwarzania danych. Urządzenie składa się ze statywu oraz wspomnianych na początku kamer. Podczas testów rękę pacjenta należy unieruchomić w statywie. Maszyna wykonuje zdjęcia w świetle widzialnym i podczerwonym w ustalonych momentach, rejestrując to, co dzieje się na fragmentach skóry potraktowanych alergenami. Po otrzymaniu dokumentacji w formie cyfrowej przychodzi czas na wykorzystanie algorytmu stworzonego na PW.
Co istotne, przy standardowej ręcznej procedurze pomiaru reakcji alergicznej (bąbli) wynik nie jest do końca precyzyjny. Gdy wykorzystuje się SkinLogic, pomiar jest natomiast wykonywany przez algorytm. Dodatkowo system bada zarówno wielkość odczynu, jak i inne parametry, np. jego kształt. Przydaje się do tego obraz uzyskany za pomocą widma dalekiej podczerwieni.
Analiza materiału cyfrowego
Podczas analizy zdjęcia dzielone są na segmenty odpowiadające umiejscowieniu nacięć na skórze (każdy segment da się badać osobno). Analizując dane w czasie, można sprawdzić, jak dany fragment się zmieniał.
Skąd pozyskano dane wejściowe dla systemu sztucznej inteligencji? Wykorzystano 1500 obrazów skórnych reakcji alergicznych (rekordów), które lekarze zebrali podczas badań klinicznych na 100 pacjentach. Dzięki nim algorytm mógł się uczyć rozpoznawania, który obraz przedstawia reakcję alergiczną, a który nie.
To, co otrzymujemy dzięki zdjęciom z kamery, to obrazy 100x100 pikseli. Lekarz, który bada bąbel alergiczny, ma do dyspozycji jedynie widoczne gołym okiem pole powierzchni. My badamy wszystkie piksele z otrzymanych obrazów. Można więc powiedzieć, że standardowa diagnoza jest oparta na podstawie jednej wartości, a odczyn badany przez sztuczną inteligencję opiera się na milionie wartości i wykrytych kombinacjach – wyjaśnia kierownik Zakładu Sztucznej Inteligencji prof. Robert Nowak. Dla człowieka znalezienie tych wzorców byłoby niezwykle żmudne, wytrenowany algorytm radzi sobie z tym zadaniem szybko i jest bardzo dokładny. Więcej danych oznacza wprawdzie więcej szumów do wyeliminowania, algorytm radzi sobie jednak i z tym problemem. Nasz system trenował na zestawie wzorów opracowanych przez konsylium lekarskie, ma więc wysokiej jakości fundament - dodaje badacz.
Usprawnienie diagnostyki i planowania leczenia
System przechodzi testy przedrejestracyjne. Gdy już trafi do praktyki klinicznej, może być nieocenioną pomocą. Oznacza bowiem szybsze diagnozowanie, zapewnia bardziej precyzyjne wyniki, a dzięki pozyskiwaniu materiału w formie cyfrowej pozwala na łatwiejsze konsultacje z innymi specjalistami.
Artykuł pt. „Thermography based skin allergic reaction recognition by convolutional neural networks” ukazał się w połowie lutego w piśmie Scientific Reports.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Politechniki Warszawskiej (PW) i Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu chcą sprawdzić, czy z komórek macierzystych z dziąseł da się wyhodować tak potrzebne trzecie zęby.
Postawiliśmy hipotezę, że tkanki dziąsła są w stanie przekształcić się w inne struktury, a szczególnie konkretna grupa komórek macierzystych. Chcemy zbadać możliwości ich wykorzystania. Dowiemy się, jakiego rodzaju tkanki można z nich wytworzyć - opowiada dr hab. inż. Agnieszka Gadomska-Gajadhur z Wydziału Chemicznego PW, kierowniczka projektu SteamScaf.
Należy podkreślić, że stomatolodzy doskonale zdają sobie sprawę z potencjału regeneracyjnego jamy ustnej. Wiadomo, na przykład, że w miejscu usuniętego zęba odbudowują się struktura kostna, chrzęstna i nabłonkowa oraz tkanki nerwowe (w końcu nie tracimy czucia w obrębie objętej zabiegiem części żuchwy/podniebienia).
Wkład poznański, warszawski i zagraniczny
Zespół z Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu zajmie się różnicowaniem komórek; ekipą kieruje prof. dr hab. Bartosz Kempisty z Zakładu Histologii i Embriologii, a od strony stomatologicznej wspiera go dr hab. Marta Dyszkiewicz-Konwińska. Jak podkreślono w komunikacie prasowym PW, celem [naukowców z Poznania] będzie różnicowanie komórek pobranych z dziąseł świńskich w kierunku tkanki kostnej, chrzęstnej lub tkanki nerwowej.
Uczeni z Warszawy opracują za to nośnik, na którym komórki macierzyste zostaną osadzone. Tu będą mogły rosnąć i przekształcać się w tkankę. Syntetyzujemy materiały, z których wykonane zostaną te rusztowania. Materiały będą w pełni biozgodne i resorbowane, czyli po pewnym czasie wchłoną się, a także biomimetyczne, bazujące na składnikach obecnych w naszym organizmie. Docelowo chcielibyśmy dostarczyć też pewne czynniki wzrostu dla tych komórek. Co ciekawe, rusztowania będą miały głównie strukturę włóknistą, przypominającą trochę tkaninę - mówi dr hab. inż. Gadomska-Gajadhur.
Jeśli wszystko pójdzie z planem, ośrodki z Wielkiej Brytanii i Czech, które specjalizują się w oznaczaniu cech zróżnicowanych komórek, ocenią, czy uzyskana tkanka jest pełnowartościowa. Poza tym określą, czy to tkanka kostna, chrzęstna czy mieszana.
Poszukiwanie alternatyw
Japończycy potrafią uzyskać w laboratorium zawiązki zębów. Bazują przy tym na komórkach macierzystych pozyskiwanych z krwi pępowinowej z banków. W Japonii takiej krwi jest dużo, jednak w Polsce kiedyś nie było takiej procedury, stąd bardzo skąpe zasoby. Naukowcy szukają zatem alternatyw dla różnych osób, np. seniorów, którzy potrzebują materiałów kościo- lub zębozastępczych.
Wbrew pozorom, implanty nie są tak dobrym rozwiązaniem, jak mogłoby się wydawać. Większość ludzi myśli, że w przypadku wypadnięcia zębów są one najprostszym rozwiązaniem. Niestety, każda taka interwencja, wkręcanie czy wyjmowanie implantów, wiąże się z tym, że naturalna kość człowieka osłabia się i następny zabieg jest coraz trudniejszy – mówi dr hab. inż. Gadomska-Gajadhur.
Problemem są też choroby autoimmunologiczne. U takich pacjentów często atakowana jest bowiem tkanka przy implancie. Zapalenia wokół implantów (periimplantitis) mogą prowadzić do utraty wszczepu.
Jak widać, rozwiązania, które pozwalają skutecznie i na długo odtworzyć fizjologiczne funkcje uzębienia, są na wagę złota.
Plany na przyszłość
Naukowcy wiążą duże nadzieje z ewentualną realizacją części projektu dot. tkanki nerwowej. Wyhodowane neurony i tkanka nerwowa oznaczają bowiem olbrzymi potencjał w zakresie przeszczepów np. w obrębie rdzenia czy nerwów obwodowych.
Już teraz myślimy o projekcie związanym z komórkami macierzystymi, które chcielibyśmy pobierać od pacjentów stomatologicznych. Do modelu świńskiego zmusiła nas sytuacja – mieliśmy etap zaostrzonej pandemii i wykonywano coraz mniej zabiegów ekstrakcji zębów. Baliśmy się, że pozyskamy bardzo mało materiału i zdecydowaliśmy się na ten bardziej dostępny i podobny do ludzkiego. Docelowo myślimy jednak o dużym europejskim projekcie. Odpowiedź, w jakim kierunku będziemy podążać, da nam SteamScaf [projekt „Biomimetyczne, biodegradowalne podłoża komórkowe do różnicowania komórek macierzystych w kierunku osteoblastów i chondrocytów” potrwa do końca przyszłego roku] – podsumowuje badaczka z PW.
« 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
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.