Skocz do zawartości
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Chińskie badania nadzieją dla superkondensatorów?

Rekomendowane odpowiedzi

To może rozejrzyj się na forum i pomyśl, ile razy tobie wypominano oczywistą niewiedzę.

 

Jak wiesz gdzie to pokaż... a nie znów bez pokrycia. 8)

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Przykłady z brzegu:

 

- stwierdzenie o *stałej* cenie 29 centów za funt bananów, gdy zaraz potem stwierdziłeś, że kiedyś można za dolara można było kupić ich więcej

- twierdzenie, że Polska nie drukuje własnego pieniądza

- "nie zawiera wit C tylko suplement"

- uporczywe stawianie znaku równości pomiędzy haptenem i substancją, której nos nie jest w stanie wykryć

 

Notorycznie się błaźnisz wypisywaniem wziętych z sufitu "faktów" i, co jeszcze gorsze, ciągle nie potrafisz nawet się do tego przyznać.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Generalnie chodzi o powolne rozładowywanie przez dużą rezystancję. Ładujemy kondensator do powiedzmy 10 V. Podłączamy do niego obwód o rezystancji 1 MOma. Prąd płynący z kondensatora wyniesie około 10 mikroamperów, powoli będzie się zmniejszał. Aby to dokładniej opisać muszę tu założyć jakąś pojemność. Dajmy 1 Farad(to bardzo duża pojemność, najbardziej pojemny kondensator jaki na allegro zauważyłem miał 0,65 Farada pojemności, jednak po pierwsze można je łączyć równolegle sumując pojemność, po drugie zgodnie z tym artykułem powinni robić kondensatory o większych pojemnościach). Przy takiej pojemności stała czasowa obwodu a więc czas po którym nastąpi znaczne rozładowanie kondensatora wyniesie RC czyli  milion sekund czyli 11 dni. To tylko przykładowe obliczenia.

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

Ale właśnie z taką sytuacją mamy do czynienia w kondensatorze. Ta chmura elektronów to jest zawarta w płytce(elektrodzie) podłączonej do minusa. W płytce podłączonej do plusa brakuje elektronów. Teraz możemy te płytki zbliżyć ale...ładunek pozostaje ten sam. Pojemność rośnie, to fakt, ale co z tego? Napięcie zmalało. Tym samym energia zmalała. Gdzie się podziała brakująca część? ;) Ano te płytki się przyciągały. Zbliżając je zmniejszaliśmy ich energię. Tak samo dodawalibyśmy energię zbliżając dwie kule naładowane ładunkiem o tym samym znaku. Ponieważ wykonywalibyśmy pracę.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
Generalnie chodzi o powolne rozładowywanie przez dużą rezystancję

No to niedobrze, przecież to powoduje duże straty na drodze emisji ciepła ???

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Niekoniecznie. Napisałem rezystancję, ale nie musi tu chodzić o rezystor ale np o układ aktywny, tranzystor. Taki obwód jest przez kondensator widziany jako duża rezystancja ograniczająca wielkość czerpanego prądu. Natomiast prąd nie jest tam od razu zamieniany w ciepło, tylko najpierw musiałby służyć jako źródło do jakiegoś stabilizatora napięcia. Ostatecznie i tak idzie większa część na ciepło.

Podkreślam że chodzi tu o to jak "widzi" układ zewnętrzny kondensator. Jeśli coś pobiera mało prądu to znaczy że jest przez źródło widziane jako duża rezystancja. Natomiast może to być układ aktywny, który nie tylko zamienia ruch nośników w ciepło, ale dodatkowo może z tego tworzyć źródło napięcia lub prądu.

Pobór prądu z kondensatora może być też okresowy, w zależności np od tego jak będą taktowane zasilane układy cyfrowe.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
jaki na allegro zauważyłem miał 0,65 Farada pojemności

 

Widziałem tam 4F , 1F są na giełdzie el. w krakowie do samochodów.

 

Ale właśnie z taką sytuacją mamy do czynienia w kondensatorze. Ta chmura elektronów to jest zawarta w płytce(elektrodzie) podłączonej do minusa. W płytce podłączonej do plusa brakuje elektronów. Teraz możemy te płytki zbliżyć ale...ładunek pozostaje ten sam.

 

No nie to samo, bo w typowym kondensatorze ostatnia warstwa w miarę jest mocno nasycona (stąd chińczycy kombinują z rozwinięciem powierzchni tej warstwy) mój pomysł mówi o odzielnych naparowanych na dielektryk cząstkach a więc o olbrzymich powierzchniach nie połaczonych ze sobą ładowanych indywidualnie kontaktowo i zwijanych na rolki (taka sytuacja występuje na rolce folii strech do pakowania , szybko ją rozwijając powstaje potencjał swobodnie stawiający włosy na głowie , wystarczyłoby ją pokryć jednostronnie jakąś monoatomową warstwą np: złota , naładować i zwinąć drugą przeciwnym znakiem, (powierzchnia 1 rolki ok 1600m2 razy wystająca rozwinięta pow monoatomowej warstwy złota to powinno dać miliony m2 - koszt foli 16zł plus złoto tak z 1gram) razy 2 rolki + koszt mechanizmu do przewijania.

 

 

  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
Jak wiesz gdzie to pokaż... a nie znów bez pokrycia

 

Pytaniem było - gdzie??, a nie zmanipulowane przez ciebie - co?? 8)

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

W porządku teraz wyjaśniłeś w miarę porządnie ;)

Kondensatory oczywiście są o większych pojemnościach, ja chciałem w miarę praktyczne i łatwe obliczenia podać, dlatego wybrałem 1 Farad.

Co do Twojego pomysłu.

Na jedną rzecz zwróć uwagę. Rozmiary. Gdybyśmy nie byli ograniczeni rozmiarami to żaden problem byłoby zbudować kondensator o pojemności 1000 000 Faradów. Wielki jak blok mieszkalny. Jednak jesteśmy, a pomysł zwijanego i rozwijanego kondensatora zwiększa znacznie rozmiary.

Po drugie bardzo ważnej rzeczy nie uwzględniłeś.

O pojemności decyduje bardziej izolator a nie przewodnik.

Powierzchnia i grubość izolatora decyduje, najdokładniej pisząc, decyduje powierzchnia warstwy styku izolatora i elektrody oraz grubość izolatora i jego przenikalność dielektryczna.

Z tego powodu Twój pomysł nie wypali.

Zauważ że osiągnięciem w tym artykule była produkcja nanorurek metalu ale te nanorurki utleniono powierzchniowo do tlenku tantalu i on był izolatorem i on miał dużą powierzchnię. W Twoim zaś pomyśle powierzchnia izolatora jest mała i powierzchnia elektrod nie wiele tu zmienia.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
Powierzchnia i grubość izolatora decyduje, najdokładniej pisząc, decyduje powierzchnia warstwy styku izolatora i elektrody oraz grubość izolatora i jego przenikalność dielektryczna

 

Mówisz o typowym kondensatorze, ale w tym nie może być przebicia bo po drugiej stronie po zwinięciu są ładunki tego samego znaku, jeśli już coś tu ma decydować to raczej skuteczność przywierania do warstwy foli cząstek metalu, wytrzymałość mechaniczna, uniemożliwienie wymiany ładunku z otoczeniem (rolki zamknięte w próżniowych kasetach). 8) 

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Nie chciałbym Ci studzić zapału ;) ale jeśli nie ma przeciwnego ładunku, to nie jest to kondensator i nie zgromadzi za wiele ładunku(a od niego zależy pojemność układu).

Pojemność to zdolność gromadzenia ładunku. Układ z dwoma elektrodami przeciwnie naładowanymi jest efektywny ponieważ ładunki z nich przyciągają się do siebie i to sprawia że można ich tam dużo nagromadzić.

Ponadto na swoim rysunku wyraźnie podałeś + i -.

Ponadto jeszcze raz Ci mówię, decyduje nie powierzchnia metalu, ale powierzchnia izolatora przykrytego metalem.

Jeśli na jakiś izolator o powierzchni 1 m2 napylisz metal tak że będzie miał powierzchnię 1 00000000 m2 to i tak efektywnie zadziała powierzchnia około 1 m2.

Rysunkowo Ci to przedstawię na ile się da

 

powierzchnia załóżmy 1 m2 elektrod(tylko różnie ułożona)

a.(elektrody przeciwnie naładowane naprzeciw siebie, oddziaływają całą powierzchnią)                   

-----------------------------------

izolator

+++++++++++++++++++

b.(elektrody ułożone tak że tylko końcówki ich ze sobą oddziaływają, mała powierzchnia oddziaływania).

----------------------------------- izolator+++++++++++++++++++

 

Widzisz w obu wypadkach powierzchnia elektrod jest podobna. Ale w przypadku b kondensator będzie miał bardzo małą pojemność bo powierzchnia izolatora pomiędzy elektrodami jest mała.

Nie jestem pewien ale czy Ty te rolki chcesz trzymać osobno?

Wtedy spadnie napięcie między nimi, i energia układu zmaleje, co nam po kondensatorze który po naładowaniu traci energię wskutek zwinięcia?.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Myślisz uparcie klasycznie, na rysunku są dwie kasety (rolki)  , po naładowaniu każda z osobna zwijana .

 

Wtedy spadnie napięcie między nimi, i energia układu zmaleje, co nam po kondensatorze który po naładowaniu traci energię wskutek zwinięcia?.

 

Jak traci tę energię ?? (magicznie??)

 

A może tak: http://pl.youtube.com/watch?v=RKMgRQKqDgA

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Bardzo prosto. Pomyślałeś o tym że jak przemieszczasz ładunki to wykonujesz pracę? Ta praca  w zależności od tego czy zbliżasz czy oddalasz czy jednoimienne czy o przeciwnych znakach -

dodaje się lub odejmuje do/od energii układu.

Magia nie? Zwą ją także nauką. Zasada zachowania energii ;)

Bardziej dokładnie pisząc zmieniasz parametry układu, ładunku nie zmienisz ale napięcie i pojemność jak najbardziej. Energia zaś = 1/2 C U2(kwadrat).

Pozdrawiam

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Czy potarty grzebień o włosy jest naładowany?? tak ?? a jeśli po naładowaniu umieścisz go w próżni (izolator) i zwiniesz w rolkę (oczywiście uniemożliwijąc dopływi odpływ ładunków ) to jak zmieni się jego pojemność?? nijak co najwyżej będzie mechaniczny problem , ale przez siłowe zwinięcie go zmagazynowałeś również energię mechaniczną. Ot cała filozofia i nie trzeba kwiatów z metalu. ;)

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Tak potarty grzebień jest naładowany. Jak pisałem wcześniej, przechowywanie ładunku bez przyciągającego ładunku przeciwnego jest mało efektywne. Dlatego właśnie powstały kondensatory. Aby lepiej przechowywać ładunek niż grzebienie. Twój pomysł oznacza cofnięcie się z parametrami kondensatorów do czasów butelki lejdejskiej.

Pojemność się zmieni. Nie wiem czy wiesz. Inny dielektryk=inna pojemność, inna grubość dielektryka =inna pojemność.

Chciałeś pewnie napisać " nie zmieni się jego ładunek"-zasada zachowania ładunku ;)

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
Inny dielektryk=inna pojemność, inna grubość dielektryka =inna pojemność.

Chciałeś pewnie napisać " nie zmieni się jego ładunek"-zasada zachowania ładunku

 

To co napisałeś jest prawdą zaobserwowaną przy zwykłych kondensatorach .

 

Do przechowywania ładunku stosuje się powierzchnie kuliste ?? opisany wczaśniej pomysł mówi o miliardach naładowanych takich kul zawinetych w naleśnik a druga rolka to miliardy takich kul odartych z elektronów zawinietych w naleśnik, a wszystko w próżni żeby nie było napływu/odpływu ładunków(elektronów) i nie wiem gdzie tu jest bład w myśleniu i co miałoby ograniczać pomysł (dielektryk?? w zasadzie jest potrzebny nośnik - taśma - o takich sobie parametrach bo pomiędzy tymi napylonymi piko-kroplami złota nie będzie płynął żaden  prąd (nawet nie bedzie próbował) .

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Błędów tu jest bez liku.

1. Bierzesz sobie takie skupisko mikrokulek naładowanych i nie bierzesz pod uwagę że one się zachowują jak jedna wielka kulka. Powierzchnia jest duża ale ona nie ma tu żadnego znaczenia, powierzchnia efektywna jest mizerna i jest równa mniej więcej powierzchni tego naleśnika jak napisałeś.

2, Zrozum że o pojemności decydują parametry techniczne takie jak powierzchnia izolatora pomiędzy tymi dwoma naleśnikami. Ona jest mała...

Co z tego że kulki w naleśniku mają dużą powierzchnię jak efektywna powierzchnia jest bardzo mała.

3. Ładunek się nie zmieni tego układu ale cały czas wałkuje i próbuje Ci wyjaśnić że zmniejszy się napięcie i energia całości spadnie. Rozumiesz?

4. Chcesz dowieść że do Twojego kondensatora nie stosuje się prawo zachowania ładunku?

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
Ładunek się nie zmieni tego układu ale cały czas wałkuje i próbuje Ci wyjaśnić że zmniejszy się napięcie i energia całości spadnie. Rozumiesz?

 

Nierozumiemy się ale nie szkodzi,  szkoda "czasu" na kondensatory klasyczne bo oto kondensator opalany wodorem ;D (ogniwo paliwowe) kasuje wszystkie  pojemności i to na niego trzeba zwrócić uwagę.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

 

Nierozumiemy się ale nie szkodzi,  szkoda "czasu" na kondensatory klasyczne

Czemu? Ja także nie rozumiem do końca dlaczego miałoby to działać (efektywnie). Spróbuj opisać to jeszcze lepiej, bo pomysł może być fajny, ale bezdyskusyjnie jest intuicyjny - gdy zostanie zrozumiany przez innych (a na razie twierdzisz, że tak nie jest) będzie miał jakąś wartość.

 

kasuje wszystkie  pojemności i to na niego trzeba zwrócić uwagę.

To już jest alternatywa - ja stawiam inną: ograniczajmy konsumpcję energii ;) Zastanawiam się, kiedy telefony komórkowe będą miały w sobie fontannę, a laptop będzie miał moc obliczeniową superkomputerów.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
Ja także nie rozumiem do końca dlaczego miałoby to działać (efektywnie).

 

Widziałeś chmurę, widziałeś piorun, słyszłeś o jonosferze i o wietrze słonecznym, tak to robi przyroda (ładunki są gromadzone odzielnie).

 

ograniczajmy konsumpcję energii

 

Nie ma takiej potrzeby, raczej usprawnijmy jej produkcję i przesył. 8)

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Widziałeś chmurę, widziałeś piorun, słyszłeś o jonosferze i o wietrze słonecznym, tak to robi przyroda (ładunki są gromadzone odzielnie).

Tyle, że przyroda nie potrzebuje wykorzystywać takich ładunków w taki sposób, w jaki my wykorzystujemy kondensatory.

 

Można i tak, aczkolwiek, nie wiem która droga jest lepsza. Usprawnianie przesyłu energii i jej produkcji wiąże się ze zwalczaniem lobby, niestety jest to trudne zadanie - dopóki człowiek nie ograniczy odgórnie swoich potrzeb.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Pozostaje też pytanie, czy ładunki są w chmurze upakowane równie wydajnie, co w superkondensatorze. Wydaje mi się, że nie, a kluczowym parametrem jest tutaj właśnie nie ładunek całkowity, a gęstość jego upakowania.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
Usprawnianie przesyłu energii i jej produkcji wiąże się ze zwalczaniem lobby, niestety jest to trudne zadanie

 

Z nikim nie trzeba walczyć, wystarczy że coś chcesz i zwrócisz na to uwagę a rzeczy dzieją sie same.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

W takim razie dlaczego próbujesz walczyć z obecnym prawem patentowym i przeszkadza ci monopol niektórych firm? Przecież wystarczy chcieć i zwrócić uwagę.

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach
W takim razie dlaczego próbujesz walczyć z obecnym prawem patentowym i przeszkadza ci monopol niektórych firm? Przecież wystarczy chcieć i zwrócić uwagę.

 

Komunikuje ci co myślę, bo gdzie dwóch myśli podobnie tam pojawia się ktoś / coś to się dodaje.

    1+1=3

Udostępnij tę odpowiedź


Odnośnik do odpowiedzi
Udostępnij na innych stronach

Z nikim nie trzeba walczyć, wystarczy że coś chcesz i zwrócisz na to uwagę a rzeczy dzieją sie same.

To czemu mamy samochody na ropę ???

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...