Skocz do zawartości
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Chińskie badania nadzieją dla superkondensatorów?

Rekomendowane odpowiedzi

Superkondensatory zwane też ultrakondensatorami, to bardzo obiecujące urządzenia, których olbrzymimi zaletami jest wyjątkowo krótki czas ładowania i rozładowywania oraz niezwykle długa żywotność urządzenia. Czyni ona superkondensatory przyjaznymi dla środowiska. Problem jednak w tym, że w są w stanie przechowywać jedynie 5% tej ilości energii, jaką możemy przechować w bateriach litowo-jonowych.

Jeśli zastąpilibyśmy superkondensatorem baterię w telefonie komórkowym, nigdy nie musielibyśmy go wymieniać i moglibyśmy naładować go w kilka sekund, ale wystarczyłaby nam jedynie na pół godziny pracy - mówi Joel Schindall z MIT-u.

Dlatego też obecnie superkondensatory to niszowe urządzenie, stosowane np. w autobusach, ciężarówkach czy pociągach do krótkotrwałego dostarczania mocy. Jeśli mogłyby przechowywać więcej energii stałyby się się wspaniałym źródłem zasilania samochodów elektrycznych czy urządzeń elektronicznych.

Może się to zmienić dzięki badaniom naukowców z Instytutu Badawczego Obrony Przeciwchemicznej w Chinach. Opracowali oni elektrodę, która może przechowywać dwukrotnie więcej ładunków, niż elektrody z węgla aktywnego, wykorzystywane we współczesnych superkondensatorach.
Nowa elektroda zawiera przypominające kwiaty nanocząsteczki tlenku manganu znajdujące się na pionowych węglowych nanorurkach. Nowe elektrody dostarczają pięciokrotnie więcej mocy niż elektrody używane obecnie. Ich żywotność dorównuje żywotności elektrod z węgla aktywnego, gdyż po 20 000 cykli ładowania/rozładowania tracą jedynie 3% pojemności.

Chińska elektroda ma przewagę nad innymi rozwiązaniami mającymi na celu zwiększenie pojemności superkondensatorów. Po pierwsze, nanorurki rosną na folii z tantalu, który jest standardowo wykorzystywany w kondensatorach. Ponadto "kwiaty" z tlenku manganu mają olbrzymią powierzchnię, która wynosi aż 236 metrów na gram. A od powierzchni właśnie zależy pojemność elektrod.

Specjaliści zauważają jednak, że chińska metoda ma pewną poważną wadę. W praktyce nie będzie jej można użyć w urządzeniach wymagających bardzo dużych baterii, takich jak samochody, gdyż nanorurki i folia z tantalu są bardzo drogie - stwierdza Yury Gogotsi z Drexler University. Podobnego zdania są inni uczeni, którzy doceniają osiągnięcie Chińczyków, jednak mówią o konieczności obniżenia kosztów.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Ja zaś nie mogę się doczekać praktycznej realizacji tego pomysłu. Wdrożenia przemysłowego. To by uprościło wiele rzeczy. Za dużo czasu dziś potrzeba na ładowanie telefonu, laptopa. Przydałyby się też punkty np. na dworcach do takiego szybkiego doładowywania. To jest przyszłość ;)

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Otóz to. W wielu sytuacjach szybkie ładowanie byłoby wielokrotnie ważniejsze od zwiększenia pojemności akumulatorów.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
Ponadto "kwiaty" z tlenku manganu mają olbrzymią powierzchnię, która wynosi aż 236 metrów na gram. A od powierzchni właśnie zależy pojemność elektrod.

 

Gdyby dwie krople wody , rozpylić na powierzchnię kuli ziemskiej to na każy cm2 przypadłoby 100 000 atomów , zatem ich wynik może być spokojnie poprawiony 1000 krotnie. 8)

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Problem w tym, że taka kropla wody nie byłaby jednolitym ciałem, a do tego zajmowałaby gigantyczną powierzchnię.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
zatem ich wynik może być spokojnie poprawiony 1000 krotnie. Spoko

Nie do końca zrozumiałem Twoje uzasadnienie.

W kondensatorze dwie rzeczy określają wymiary. Pojemność i napięcie. Przy czym ilość energii =1/2 C U2(kwadrat). Nam zależy jak najbardziej na energii.

Uzyskanie większej pojemności osiągamy przez dużą powierzchnię elektrod i mały odstęp pomiędzy nimi.

Odstęp pomiędzy elektrodami stanowi izolator i jego grubość musi być wystarczająca aby wytrzymać napięcie do jakiego ma być ładowany kondensator.

Zatem aby uzyskać większą pojemność musimy wytworzyć elektrody o większej powierzchni. Nie możemy tego izolatora jednak robić coraz cieńszego bo nastąpi przebicie. Chyba że stosujemy nowy izolator o lepszych parametrach, wtedy możemy zastosować cieńszą warstwę.

Ten izolator musi być jednolity i równomiernie naniesiony na elektrody. Inaczej nastąpią przebicia w miejscu gdzie go będzie mniej.

Najprostszą metodą otrzymania kondensatora o dużej pojemności jest wytworzenie jednej elektrody, maksymalnie porowatej(duża powierzchnia) i pokrycie jej izolatorem(przeważnie tlenkiem metalu tej elektrody). Drugą elektrodą jest roztwór przewodzący prąd(elektrolit).

 

Jeśli chodzi o omawiany artykuł. Kondensatory tantalowe są znane od lat. Natomiast postęp polegał na zastosowaniu nanorurek co spowodowało znaczący wzrost powierzchni elektrody bez zwiększenia wielkości samego kondensatora. Być może po zastosowaniu odpowiednich warunków wzrostu nanorurek utworzone przez nie struktury będą miały większa powierzchnię. I powolny postęp jest tu możliwy. Nie należy jednak się spodziewać rewolucji w rodzaju poprawienia wyniku 1000 razy, ponieważ takie nano twory muszą zachować pewną grubość aby mogły pracować przy danym napięciu. I nie można ot tak ich sobie robić mniejszych.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Waldi po prostu chciał się popisać historyjką o dwóch kroplach wody. Równie dobrze można by wałkować blachę, i wałkować i wałkować, i w końcu by była jednoatomowa warstwa - fajnie, nie?

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Faaaajnie ;) Ale waldi zawsze jest fajniejszy. Zawsze. Przykro mi.

 

;D

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Chodziło mi o jeszcze większe zwiększenie powierzchni elektrod (jest możliwe spokojnie skoro nasze płuca mają prawie 100m2 powierzchni bez nanorurek) , zmniejszenie napięcia ładowania (pocienienie dielektryka) lub zupełnie nowy sposób kondensator zwijany jak rolka filmu (ładujemy wysokim potencjałem np: 1000 volt) nanocząstki napylone (nie połączone) na folię PP a następnie zwijamy , rozładowanie przez przewijanie na druga rolkę , tekie dwie rolki naładowane przeciwnymi ładunkami powinny dawać potworne pojemnosci i wysokie napiecia. 8)

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
nasze płuca mają prawie 100m2 powierzchni

A opracowane struktury mają 236 m^2 na gram masy. Wychodzi na to, że płuca są pod tym względem bardzo mało imponujące.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Ale struktura tych cząstek musi być bardzo precyzyjna, wydaje mi się, że "rozpylanie" cząstek (choć też nie wiem co dokładnie przez to rozumiesz) nie nadawałoby się do konstrukcji kondensatora.

 

Expand oznacza również rozwiń ;)

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
lub zupełnie nowy sposób kondensator zwijany jak rolka filmu

Przykro mi ale kondensatory zwijane jak rolka filmu stosuje się od lat 60 ubiegłego wieku tak z grubsza oceniając(miały małe pojemności ale wysokie napięcia pracy) :) Dziś już chyba trudno je spotkać, były w starych czarno-białych odbiornikach telewizyjnych.

Nasze płuca ważą chyba więcej niż 1 gram ;) Ponadto ewolucja dbała o to aby miały dużą powierzchnię przez naprawdę długi okres czasu.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Mnie tylko troszkę ciekawi jedna sprawa. Przepraszam, jesli pytanie będzie bardzo naiwne, ale jestem zupełnym laikiem w tym temacie.

 

Pytanie brzmi: w jaki sposób zapewnić stopniowe rozładowywanie kondensatora? O ile wiem, ich charakterystyczną cechą jest zdolność do bardzo nagłych wyładowań. Jak zatem zapewnić, żeby kondensator rozładowywał się np. przez dwie godziny i zasilał przez ten czas laptopa? To jest temat do opracowania, czy istnieją już jakieś gotowe rozwiązania?

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
Ale struktura tych cząstek musi być bardzo precyzyjna, wydaje mi się, że "rozpylanie" cząstek (choć też nie wiem co dokładnie przez to rozumiesz) nie nadawałoby się do konstrukcji kondensatora.

 

Naśladowanie przyrody to dobra i sprawdzona sprawa.

 

Wyobraź sobie chmurę (tryliony kropelek , górne naładowane _-_ a dolne _+_ teraz podziel tę chmurę środkiem dwoma deielektrykami ściśnij żeby każde kropelki przykleiły sie do swojej foli , a następnie zwiń każdą z osobna, jedna rolka będzie miała naddatek elektronów ,a druga rolka niedobór, ładunek odzyskujesz przez równoczesne rozwijanie (przewijanie ) rolek i ich rozładowanie). 8)

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Ale stworzysz w ten sposób pojedynczą warstwę. Materiał opisywany w notce jest wielowarstwowy i ma złożoną strkturę wewnętrzną.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
kondensatory zwijane jak rolka filmu stosuje się od lat 60

 

Kończyłem technikum elektroniczne jakiś czas temu i tego o czym napisałem nie widziałem , to czym piszę wygląda mniej wiecej tak.

 

  O        +        O

    \____O_____/                  przewijana rolka 1

      __________

    /      O        \                  przewijana rolka 2

  O          -        O

 

 

+,- , elektrody (rolki) ładująco- rozładowujące

 

Jeśli coś nie tak, to siły mechaniczne jakie tam mogą powstać.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Naśladowanie przyrody to dobra i sprawdzona sprawa.

 

Wyobraź sobie chmurę (tryliony kropelek , górne naładowane _-_ a dolne _+_ teraz podziel tę chmurę środkiem dwoma deielektrykami ściśnij żeby każde kropelki przykleiły sie do swojej foli , a następnie zwiń każdą z osobna, jedna rolka będzie miała naddatek elektronów ,a druga rolka niedobór, ładunek odzyskujesz przez równoczesne rozwijanie (przewijanie ) rolek i ich rozładowanie). 8)

Czyli kondensator jednorazowego użytku? Tak czy siak zmieścisz w ten sposób mniej ładunku, niż na 216 metrach powierzchni w gramie struktury, która została opisana w artykule.

 

Mikroosie, co do rozładowania, można to zapewne zrobić przez odpowiednią konstrukcję układu drgającego. Trochę info na ten temat: http://www.elportal.pl/ea/elebier.html

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
Mikroosie, co do rozładowania, można to zapewne zrobić przez odpowiednią konstrukcję układu drgającego.

 

Co ty mu pokazujesz  8) ta wiedza może go zabić (zacznie pisac mądre posty). 8)

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Ja, w przeciwieństwie do ciebie, umiem przyznać się do niewiedzy zamiast wypisywać idiotyzmy, byle tylko coś napisać.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
Ja, w przeciwieństwie do ciebie, umiem przyznać się do niewiedzy

 

Nie musisz się przyznawać , to widać, słychać i czuć. 8)

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

To może rozejrzyj się na forum i pomyśl, ile razy tobie wypominano oczywistą niewiedzę. Mnie krytykujesz tylko ty, i to w oparciu o puste hasła, bez najmniejszych konkretów.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Jeśli chcesz dodać odpowiedź, zaloguj się lub zarejestruj nowe konto

Jedynie zarejestrowani użytkownicy mogą komentować zawartość tej strony.

Zarejestruj nowe konto

Załóż nowe konto. To bardzo proste!

Zarejestruj się

Zaloguj się

Posiadasz już konto? Zaloguj się poniżej.

Zaloguj się

  • Podobna zawartość

    • przez KopalniaWiedzy.pl
      W najbliższych latach spodziewany jest lawinowy wzrost liczby miniaturowych urządzeń transmitujących dane. Rozwija się Internet-of-Things (IoT), więc tego typu urządzenia będą wykorzystywane np. w logistyce. Wszystkie one potrzebują źródła zasilania. Jednak baterie czy akumulatory wywierają negatywny wpływ na środowisko. Badacze z Empa (Szwajcarskie Federalne Laboratoria Nauk Materiałowych i Technologii) poinformowali o stworzeniu biodegradowalnego superkondensatora.
      Urządzenie zbudowane jest z węgla, celulozy, gliceryny i soli stołowej. To składniki tuszu dla drukarki 3D, w której wyprodukowano nowatorskie kondensatory. Składa się on z celulozowych nanowółkien i nanokryształów, węgla w postaci sadzy, grafitu i węgla aktywnego. Formę płynną nadaje gliceryna, woda i dwa rodzaje alkoholu. Do tego dochodzi nieco soli zapewniającej przewodnictwo.
      Superkondensator składa się z czterech warstw nakładanych jedna po drugiej przez drukarkę. Warstwy te to elastyczna podstawa, warstwa przewodząca, elektroda i elektrolit. Całość jest następnie składana na podobieństwo kanapki z elektrolitem wewnątrz. Powstaje w ten sposób całkowicie biodegradowalny kondensator, który może przechowywać energię elektryczną całymi godzinami, a jego wersja prototypowa jest zdolna do zasilania niewielkiego zegara cyfrowego. Kondensator wytrzymuje tysiące cykli ładowania/rozładowywania, może pracować przez wiele lat, działa w temperaturach ujemnych, jest odporny na nacisk i wstrząsy.
      Kondensator, gdy już go nie będziemy potrzebowali, można wyrzucić. Rozkłada się w ciągu 2 miesięcy, a jedyne, co możemy po tym czasie zobaczyć, to nieco fragmentów węgla. Wydaje się to proste, ale takie nie było, mówi Xavier Aeby z Empa. Stworzenie urządzenia o odpowiednich parametrach wymagało wielu prób i testów. Konieczne było bowiem stworzenie tuszu o parametrach nadających się do użycia w drukarce, z którego powstanie kondensator gotowy do wykorzystania w praktyce.
      Aeby studiował inżynierię mikroelektroniki na Szwajcarskim Federalnym Instytucie Technologii w Lozannie, a w Empa pisze doktorat. Jego opiekunem jest Gustav Nyström, którego grupa badawcza już od pewnego czasu prowadzi prace nad żelami bazującymi na nanoceluluzie, biodegradowalnym materiale o potencjalnie licznych zastosowaniach. Od bardzo dawna interesuje mnie biodegradowalny system przechowywania energii. Poprosiliśmy Empa o sfinansowanie naszego projektu, Printed Paper Batteries, i właśnie osiągnęliśmy pierwszy z naszych celów, mówi Nyström.
      Szwajcarski superkondensator może już wkrótce stać się kluczowym komponentem IoT. W przyszłości takie kondensatory można będzie szybko ładować wykorzystując np. pole elektromagnetyczne. Po naładowaniu będą one zasilały czujniki czy mikroprzekaźniki, mówią badacze. Metoda taka może być wykorzystywana np. do sprawdzania zawartości opakowań w transporcie. Biodegradowalne systemy przechowywania energii przydałyby się też w czujnikach monitorujących środowisko czy pracujących na rzecz rolnictwa. Tego typu akumulatorów nie trzeba by było zbierać, gdyż szybko uległyby rozkładowi bez szkody dla środowiska naturalnego.

      « powrót do artykułu
    • przez KopalniaWiedzy.pl
      Żyjemy w nowoczesnym świecie pełnym urządzeń zasilanych energią elektryczną. Rozwój nowych technologii sprawia, że telefony komórkowe, laptopy, tablety i wiele innych sprzętów mobilnych towarzyszy nam na każdym kroku. Najczęściej stosowane do zasilania urządzeń mobilnych są baterie litowo-jonowe tzw. Li-ion, jednak ze względu na ich powolne ładowanie, krótki czas pracy oraz szkodliwość dla środowiska naturalnego (ze względu na wysoką zawartość metali ciężkich m.in. kobalt) coraz większą uwagę poświęca się superkondensatorem. To urządzenia łączące cechy baterii oraz kondensatorów. Co się z tym wiąże? Dłuższa żywotność, prostszy recykling, a przede wszystkim szybsze ładowanie, czyli oszczędność czasu. Wszak, czas to pieniądz.
      Zalety superkondensatorów tkwią w ich konstrukcji, na którą składają się dwa podstawowe elementy. Pierwszy z nich to układ dwóch wysokoporowatych elektrod, które odseparowane są od siebie także porowatym materiałem chroniącym przed zwarciem. Najczęściej ta część superkondensatora jest wykonana na bazie węgla aktywnego, który jest stosowany w tych urządzeniach nie bez powodu. W jego porach umieszczany jest drugi, kluczowy składnik superkondensatora – elektrolit zawierający jony, czyli atomy obdarzone ładunkiem elektrycznym (dodatnio naładowane – kationy oraz ujemnie naładowane – aniony). Jony mogą przemieszczać się we wnętrzu porowatego materiału w zależności od przyłożonego między elektrodami napięcia. Co ciekawe, im więcej porów we wnętrzu elektrod, tym więcej energii może być zgromadzone w urządzeniu. Pomijając elementy takie jak obudowa itp., można powiedzieć, że to wszystko.
      Co jednak czyni superkondensatory tak obiecującymi urządzeniami do magazynowania energii? Są to wcześniej wspomniane pory, a także sposób w jaki poruszają się jony. Średnica i długość kanałów we wnętrzu porowatych elektrod ma kluczowe znaczenie. Gdy pory są szerokie, urządzenie ładuje się szybko, ale dostarcza niewiele energii, podczas gdy zmniejszenie ich średnicy pozwala na dostarczenie większej ilości energii, jednak urządzenie ładuje się o wiele wolniej. Czy istnieje zatem sposób na przyspieszenie jonów w wąskich porach? O tym w listopadowym numerze czasopisma naukowego Nature Communications pisze Svyatoslav Kondrat - naukowiec z Instytutu Chemii Fizycznej, Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN).
      Autorzy badań wykorzystali materiał porowaty na bazie węgla o średnicy porów poniżej jednego nanometra, przy czym należy pamiętać, że 1 nm to jedna miliardowa część metra. Pory te są zatem tak małe, że nie są widoczne dla ludzkiego oka. Materiał ten został nasączony cieczą jonową, która jest niczym innym jak solą w stanie ciekłym, przy czym nie zawiera żadnego rozpuszczalnika np. wody. Zatem ciecz jonowa to upłynniona sól. Jony z cieczy jonowej wypełniają pory, a po przyłożeniu napięcia pomiędzy elektrodami zaczynają się poruszać. Co się jednak stanie, gdy polaryzacja trwa dłuższą chwilę? Czy wszystkie jony poruszają się w równym tempie? Niestety, jony we wnętrzu elektrod zachowają się niczym samochody we wnętrzu tunelu poruszające się w przeciwnych kierunkach. Na dodatek, każdy z nich porusza się na jednym pasie, a nie jak na autostradzie - na kilku. Jeśli choćby jeden samochód utknie, pozostałe zaczynają lawinowo hamować. Zatem, przepustowość tunelu spada i powstaje korek. Tak samo dzieje się z porami, które zostają miejscami zatkane w superkondensatorze. To przekłada się na spadek sprawności pracy urządzenia, w szczególności obniża czas jego ładowania.
      Jak tego uniknąć? Svyatoslav Kondrat we współpracy z międzynarodowym zespołem przetestowali przykładanie napięcia w superkondensatorze pulsami, aby stopniowo wprawiać jony w ruch i nie zatykać porów. Jak się okazało, był to strzał w dziesiątkę. Metoda zaproponowana przez naukowców przyspiesza proces ładowania urządzenia i daje obiecujące wyniki. Dodatkowo przeprowadzając badania dla procesu rozładowania naukowcy Ci wykazali, że proces ten również można przyspieszyć. Przeprowadzone eksperymenty pokrywają się z wykonanymi przed naukowców licznymi symulacjami komputerowymi. Wyniki naszych badań są obiecujące. To ciekawe, że można przyspieszać nie tylko proces ładowania superkondensatora, ale także jego rozładowanie. Dzięki temu możemy usprawnić różne procesy technologiczne, np. przyspieszyć i zwiększyć wydajność odsalania wody – twierdzi Svyatoslav Kondrat.
      Rozwiązanie zaproponowane przez badaczy otwiera nowe możliwości oraz przybliża nas do ulepszenia istniejących już rozwiązań stosowanych do zasilania urządzeń mobilnych. Choć kondensatory znane są od dekad, to dopiero superkondensatory wychodzą naprzeciw oczekiwaniom konsumentów na miarę czasów, w których żyjemy. Dzięki takim odkryciom jesteśmy bliżej opracowania szybszych i wydajniejszych urządzeń do magazynowania energii, a to dopiero początek rewolucji w tej dziedzinie.

      « powrót do artykułu
    • przez KopalniaWiedzy.pl
      Przechowywanie energii słonecznej w postaci chemicznej ma tę przewagę nad przechowywaniem jej w elektrycznych akumulatorach, że energię taką można zachować na długi czas. Niestety, taki sposób ma też i wady - związki chemiczne przydatne do przechowywania energii ulegają degradacji po zaledwie kilku cyklach ładowania/rozładowywania. Te, które nie degradują, zawierają ruten - rzadki i drogi pierwiastek. W 1996 roku udało się znaleźć molekułę - fulwalen dirutenu - która pod wpływem światła słonecznego przełącza się w jeden stan i umożliwia kontrolowane przełączanie do stanu pierwotnego połączone z uwalnianiem energii.
      W ubiegłym roku profesor Jeffrey Grossman wraz ze swoim zespołem z MIT-u odkryli szczegóły działania fulwalenu dirutenu, co dawało nadzieję na znalezienie zastępnika dla tej drogiej molekuły.
      Teraz doktor Alexie Kolpak we współpracy z Grossmanem znaleźli odpowiednią strukturę. Połączyli oni węglowe nanorurki z azobenzenem. W efekcie uzyskali molekułę, której właściwości nie są obecne w obu jej związkach składowych.
      Jest ona nie tylko tańsza od fulwalenu dirutenu, ale charakteryzuje się również około 10 000 razy większą gęstością energetyczną. Jej zdolność do przechowywania energii jest porównywalna z możliwościami baterii litowo-jonowych.
      Doktor Kolpak mówi, że proces wytwarzania nowych molekuł pozwala kontrolować zachodzące interakcje, zwiększać ich gęstość energetyczną, wydłużać czas przechowywania energi i - co najważniejsze - wszystkie te elementy można kontrolować niezależnie od siebie.
      Grossman zauważa, że olbrzymią zaletą termochemicznej metody przechowywania energii jest fakt, że to samo medium wyłapuje energię i ją przechowuje. Cały mechanizm jest zatem prosty, tani, wydajny i wytrzymały. Ma on też wady. W takiej prostej formie nadaje się tylko do przechowywania energii cieplnej. Jeśli potrzebujemy energii elektrycznej, musimy ją wytworzyć z tego ciepła.
      Profesor Grossman zauważa też, że koncepcja, na podstawie której stworzono funkcjonalne nanorurki z azobenzenem jest ogólnym pomysłem, który może zostać wykorzystany także w przypadku innych materiałów.
      Podstawowe cechy, jakimi musi charakteryzować się materiał używany do termochemicznego przechowywania energii to możliwość przełączania się w stabilne stany pod wpływem ciepła oraz istnienie odkrytego przez Grossmana w ubiegłym roku etapu przejściowego, rodzaju bariery energetycznej pomiędzy oboma stabilnymi stanami. Bariera musi być też odpowiednia do potrzeb. Jeśli będzie zbyt słaba, molekuła może samodzielnie przełączać się pomiędzy stanami, uwalniając energię wtedy, gdy nie będzie ona potrzebna. Zbyt mocna bariera spowoduje zaś, że pozyskanie energii na żądanie będzie trudne.
      Zespół Grossmana i Kolpak szuka teraz kolejnych materiałów, z których można będzie tworzyć molekuły służące do termochemicznego przechowywania energii.
    • przez KopalniaWiedzy.pl
      Obecnie filtry w papierosach produkuje się z octanu celulozy, który absorbuje nikotynę, substancje smoliste i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. Chińczycy odkryli jednak, że dodatek nanomateriałów z tlenku tytanu(IV) może zatrzymać jeszcze więcej szkodliwych związków (Chemical Communications).
      Naukowcy już wcześniej próbowali wykorzystywać w filtrach nanomateriały. Nanorurki węglowe i mezoporowate nanostruktury krzemionkowe sprawdzały się dobrze w tej nowej roli, jednak w dużej mierze dyskwalifikowała je wysoka cena. Poza tym wspominano o możliwych zagrożeniach dla zdrowia.
      Mingdeng Wei z Uniwersytetu w Fuzhou nawiązał współpracę ze specjalistami z Fujian Tobacco Industrial Corporation. Naukowcy ustalili, że nanorurki i nanopłachty dobrze przefiltrowują dym papierosowy, są stosunkowo tanie i co najważniejsze, TiO2 stosuje się już w przemyśle kosmetycznym i spożywczym, wiadomo więc, że jest bezpieczny dla zdrowia.
      Zespół z Państwa Środka porównywał papierosy z nanorurkami i nanopłachtami z tlenku tytanu(IV). Wykorzystano maszynę do palenia papierosów, a następnie wysokosprawną chromatografię cieczową (ang. high performance liquid chromatography, HPLC) oraz chromatografię jonową. Dzięki tym metodom oceniono ilość wychwyconych substancji, w tym cyjanowodoru czy amoniaku. Okazało się, że nanorurki są 2-krotnie wydajniejsze od nanopłacht.
      Wydaje się, że warto by było też porównać papierosy z filtrem dopełnionym nanorurkami z TiO2 z popularnymi ostatnio e-papierosami. Lekarze podkreślają jednak, że i tak najskuteczniejszą metodą ograniczenia ilości szkodliwych substancji nadal pozostaje rzucenie palenia.
    • przez KopalniaWiedzy.pl
      Badania nad zwiększeniem wydajności ogniw słonecznych ciągle trwają, a uczeni z MIT-u postanowili zaprząc do pomocy... wirusy. W Nature Nanotechnology opublikowali artykuł, w którym opisują w jaki sposób wirusy mogą pomóc w tworzeniu ogniw słonecznych z nanorurek.
      Od pewnego czasu wiadomo, że nanorurki mogą zwiększyć efektywność zbierania elektronów przez ogniwa. Jednak użycie nanorurek napotyka na dwa poważne problemy. Pierwszy z nich to fakt, że podczas produkcji nanorurek uzyskiwana jest mieszanina dwóch typów. Jedne nanorurki zachowują się jak półprzewodniki, drugie jak metale. Nowe badania wykazały, że tylko nanorurki-półprzewodniki zwiększają wydajność ogniw. Nanorurki-metale zmniejszają ją. Ponadto nanorurki mają tendencję do zlepiania się ze sobą, co zmniejsza ich efektywność.
      Studenci Xiangnan Dang i Hyunjun Yi, pracujący pod kierunkiem profesor Angeli Belcher, odkryli, że genetycznie zmodyfikowany wirus M13 może zostać użyty do kontrolowania ułożenia nanorurek na powierzchni, dzięki czemu są one od siebie oddzielone nie powodując krótkich spięć oraz nie mogą zbić się w grupie.
      Młodzi naukowcy przetestowali swojego wirusa na tanich ogniwach cienkowarstwowych DSSC (dye-sensitized solar cells), zwiększając ich wydajność z 8 do 10,6%, czyli aż o 33%. To kolosalny postęp, tym większy, jeśli weźmiemy pod uwagę fakt, że wirusy i nanorurki stanowią tylko 0,1% wagi ulepszonego ogniwa. Co więcej, taką samą technikę można stosować na droższych, bardziej zaawansowanych ogniwach.
      Zastosowanie wirusów i nanorurek ułatwia elektronom w ogniwie dotarcie do kolektora. Wirusy mają dwa zadania. Po pierwsze przyczepiają do nanorurek peptydy, które utrzymują je z dala od siebie. Każdy z wirusów może utrzymywać od 5 do 10 nanorurek, z których każda jest przytwierdzona około 300 molekułami. Ponadto wirusy są wykorzystywane w procesie pokrywania nanorurek dwutlenkiem tytanu, głównym składnikiem ogniw DSSC.
      Co ciekawe, jeden wirus może spełniać obie funkcje, a przełączanie pomiędzy poszczególnymi zadaniami jest regulowane za pomocą zmian kwasowości środowiska w którym odbywa się cały proces.
      Wirusy ułatwiają też rozprowadzanie nanorurek w wodzie, co pozwala na wykorzystywanie w produkcji ogniw taniej metody z użyciem roztworów wodnych przebiegającej w temperaturze pokojowej.
      Profesor Prashant Kamat z Notre Dame University mówi, że już wcześniej próbowano wykorzystać nanorurki do ulepszenia ogniw słonecznych, jednak uzyskiwano minimalne zwiększenie ich wydajności. Tymczasem prace uczonych z MIT-u są „imponujące".
      Prawdopodobnie zastosowanie wirusa umożliwiło lepsze połączenie nanocząstek TiO2 z nonarurkami. Ścisłe ich połączenie jest niezbędne do szybkiego i efektywnego transportu elektronów" - mówi uczony.
      Przypomina, że ogniwa DSSC są już sprzedawane w Korei, Japonii i na Tajwanie, a tak znaczące zwiększenie ich wydajności z pewnością zainteresuje przemysł. Tym bardziej, że zastosowanie nowej techniki wymaga dodania do procesu produkcyjnego tylko jednego, prostego procesu, zatem linie produkcyjne będzie można przystosować doń szybko i niedrogo.
  • Ostatnio przeglądający   0 użytkowników

    Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.

×
×
  • Dodaj nową pozycję...