Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Najnowsze badania przeprowadzone na Massachusetts Institute of Technology wskazują, że sprężyny wykonane z węglowych nanorurek mogą przechowywać tysiąc razy więcej energii niż sprężyny stalowe. Ich zdolność magazynowania energii, w przeliczeniu na jednostkę wagi, jest równa możliwościom najnowocześniejszych baterii litowo-jonowych.

Oznacza to, że w przyszłości mogą powstać liczne urządzanie napędzane za pomocą sprężyn, które sprawdzą się m.in. tam, gdzie baterie litowo-jonowe są mało przydatne. Wyobraźmy sobie np. ręczne odkurzacze do liści, które nie powodują hałasu i nie trzeba w nie wlewać benzyny czy też urządzenia opuszczane do odwiertów geologicznych i wykonujące swoje zadania w warunkach, w których baterie litowo-jonowe ulegają szybkiej degradacji.

Profesor Carol Livermore i jej zespół opublikowali dwie prace dotyczące możliwości nanorurkowych sprężyn. W lipcu ukazał się teoretyczny artykuł, który rozważał potencjał drzemiący w tego typu urządzeniach. Teraz w Journal of Micromechanics and Microengineering pani profesor opisuje wyniki testów laboratoryjnych, które potwierdziły wcześniejsze teorie.

Livermore zauważa, że w wielu zastosowaniach sprężyny przewyższają możliwości baterii. Mogą one bowiem, w przeciwieństwie do baterii, dostarczać energię bardzo szybko lub bardzo powoli. Kolejna ich zaleta to fakt, że energia z nich nie ucieka. W sprężynie może być ona przechowywana całymi latami, w baterii jest to niemożliwe. To z kolei oznacza, że sprężyny lepiej nadają się np. do awaryjnych systemów zasilania, które całymi miesiącami czy latami pozostają bezczynne. W przypadku baterii konieczne jest regularne kontrolowanie poziomu ich naładowanie oraz wymiana lub doładowywanie urządzeń. Ponadto węglowe nanorurki są słabo podatne na działanie czynników zewnętrznych, mogą więc pracować w bardzo różnych warunkach. Mogą więc być stosowane np. w przestrzeni kosmicznej, gdzie zostaną poddane bardzo niskim i bardzo wysokim temperaturom.

Zdaniem pani profesor, nanorurkowe sprężyny najpierw pojawią się w dużych urządzeniach i będą przechowywały energię mechaniczną oraz ją oddawały, a nie zamieniały ją w elektryczną. Zamiana rodzajów energii wiąże się bowiem z ich niepotrzebną stratą. Taki system może np. przydać się w rowerach, gdzie podczas hamowania w czasie zjazdu z górki sprężyna będzie nakręcana, a zmagazynowaną energię rowerzysta będzie mógł wykorzystać podjeżdżając pod górę. Jest to z pewnością rozwiązanie bardziej efektywne niż systemy stosowane w pojazdach hybrydowych, gdzie energia mechaniczna pozyskiwana podczas hamowania jest zamieniana na energię elektryczną doładowującą baterie, a następnie odzyskiwana do napędzania silnika. Mamy tu zatem do czynienia z dwukrotną konwersją energii. W systemie czysto mechanicznym konwersja nie zachodzi.

Wyprodukowanie odpowiednio długich nanorurek, z których będzie można produkować sprężyny, nie powinno być problemem, gdyż poszczególne molekuły mają bardzo silną tendencję do przyczepiania się, co ułatwia tworzenie z nich długich włókien.

Uczeni z MIT-u przyznają jednak, że minie jeszcze sporo czasu, zanim na rynek trafią pierwsze urządzenia z nanorurkowymi sprężynami. Naukowcy muszą m.in. opracować technologie masowej produkcji tanich nanorurkowych materiałów.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Użycie tego w samochodach byłoby nawet lepszym pomysłem niż sprężone powietrze (które już teraz przewyższa elektryki), ciekawe tylko jakie wyjdą proporcje zmagazynowanej energii do masy, no i cena...

Share this post


Link to post
Share on other sites

Pozostaje tylko kwestia nakręcania takich sprężyn samochodowych. Jedynym możliwym sposobem byłoby zapewne nakręcanie za pomocą prądu. No, ale i tak mielibyśmy do czynienia z jednokrotną konwersją elektryki do mechaniki.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nawet gdyby ładowanie odbywało się z wykorzystaniem prądu, moglibyśmy stworzyć auto równie wydajne, co model oparty na bateriach, ale jednocześnie przyjazny środowisku ze względu na brak konieczności wykorzystywania wielu chemikaliów (chociaż kto wie, czego używa się do syntezy nanorurek i na ile bezpieczny jest to proces).

Share this post


Link to post
Share on other sites

Myślę, że można by po prostu sprzedawać gotowe nakręcone kartridże ;) Wrzucałoby się takie cudo do bagażnika i wyciągało zawleczkę, a w rozliczeniu zostawiało starą sprężynę :P

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ciekawe, jaki patent znaleźliby polscy tunerzy o szerokich karkach, żeby zwiększyć moc swoich sprężyn ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Taka sprężyna nawet jako źródło prądu miałaby też pewną zaletę. Czas nakręcania sprężyny przy dostarczeniu odpowiednio dużej energii byłby znacznie krótszy niż ładowanie baterii/akumulatorów. Baterii czy aku nie można ładować wielkimi prądami, bo powoduje to ich szybkie zniszczenie. Także im większy prąd ładowania tym mniejsza sprawność tego procesu. W przypadku sprężyny można by było dostarczyć jednorazowo znaczną energię (np elektryczną i nakręcać silnikiem w samym urządzeniu) lub mechaniczną (np zewnętrzny silnik wpinany w odpowiednie gniazdo) i w bardzo krótkim czasie "naładować" urządzenie.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Znaleźli rzeczywiście niesamowite zastosowanie :P Najfajniej, jeśli dało by się zrobić tak, żeby urządzenia przenośne (telefony, czy na przykład repliki asg - to mi najbardziej przyszło do głowy :D) mogły być w razie wyczerpania energii nakręcane ręcznie.. Fakt że wydajność energetyczna człowieka to tylko 25%, więc korzystniej pewnie ładować prądem, no ale w awaryjnej sytuacji możliwość natychmiastowego 'doładowania' jest bezcenna ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

@lucky_one: z ASG to ciekawy pomysł, ale obawiam się, że ciężko by było otrzymać takie prądy jak w wysokoprądowych ogniwach używanych do produkcji akumulatorów do AEGów. Silnik w AEGu pobiera przed samym zwolnieniem sprężyny tłoka naprawdę spory prąd. Wątpie, żeby prądnica napędzana przez rozprężanie takiej nanorurkowej sprężyny było w stanie dostarczyć takiego prądu przy tak małych gabarytach (powinno się to zmieścić w body repliki) i bez opóźnień po wciśnięciu spustu.

 

Jak chcesz szybko ładować replikę, to zamiast AEG lepiej kupić coś gazowego (najlepiej z blowbackiem). Niestety gazowe repliki broni długiej są koszmarnie drogie ;).

 

Sprężyny nanorurkowe w połączeniu z prądnicami miałyby zastosowanie w miejscu, gdzie rozprężanie następuje powoli (np cały dzień, lub 2 dni), a nakręcenie możliwe jest w ciągu kilku(nastu) sekund.

Share this post


Link to post
Share on other sites

nie wiem dlaczego sądzicie ze energię mechaniczną trzeba zmienić w elektryczną żeby znowu zrobić z tego mechaniczną... przecież sprężyna w asg mogłaby bezpośrednio być naciągana taką sprężyną nanurorkową... bez jakiejkolwiek elektryki

 

tak samo ładowanie w samochodach... wał silnika się kręci, koła się kręcą... wiec dlaczego by tych obrotów nie przekazać po prostu do nakręcania sprężyny? bez jakiegokolwiek prądu...

Share this post


Link to post
Share on other sites

No właśnie o czymś takim myślałem.. Aczkolwiek właśnie nie wiem czy jest to możliwe do realizacji. W asg faktycznie jest specyczny reżim pracy mechanizmu.. Ale może jest to możliwe - poczekamy, zobaczymy ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

nawet ja bym umiał zaprojektować taki mechanizm który by działał w asg... ale oczywiście przyjdzie ktoś kto zrobi to samo z mniejsza ilość strat energii... mniejsza ilością części... tańsze łatwiejsze i bardziej bezawaryjne a ja będę się dziwił że sam na to nie wpadłem... ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Już niedługo czekać będą na nas całe sklepy z ubiorem z nanorurek ? Energię z butów wytwarzaną przy chodzeniu, czy energię wytwarzaną przy zginaniu różnych kawałków ubioru (choćby w łokciach i kolanach) będą przekazywać do rozmieszczonych tu i ówdzie sprężynek, po to tylko aby wykorzystać ją później... Do zasilania telefonu, aparatu, roweru, lampki nocnej - czegokolwiek co by tylko miało możliwość podpięcia tych sprężystych cudeniek ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Użytkownicy smartfonów, którym zależy na dłuższej pracy na pojedynczym ładowaniu baterii powinni zastanowić się nad częstszym używaniem... płatnych wersji oprogramowania. Abhinav Pathak i Charlie Hu z Purdue University oraz Ming Zhang z Microsoft Research odkryli, że bezpłatne aplikacje zużywają niezwykle dużo energii.
      Badacze stworzyli program Eprof, który bardzo szczegółowo opisuje zużycie energii przez urządzenie podczas używania różnych aplikacji. Następnie sprawdzili za jego pomocą smartfony z systemami Android i Windows Phone. Okazało się, że bezpłatne oprogramowanie, takie jak np. Angry Birds, Free Chess, Facebook i NYTimes na potrzeby swoich zasadniczych funkcji wykorzystuje jedynie 10-30 procent zużywanej energii. Na przykład Angry Birds używają tylko 20% wykorzystywanej energii na obsługę gry, a 45% jest zużywane na określenie lokalizacji użytkownika przez GPS oraz ładowanie odpowiednich reklam przez 3G. Łącze 3G pozostaje otwarte przez około 10 sekund po zakończeniu transmisji, co zużywa kolejne 28% energii.
      Eprof wykazał też, że takie marnotrawstwo energii jest związane z błędami niechlujnie napisanym kodem do zarabiania na bezpłatnych programach.
      Badacze udowodnili, że wilk może być syty i owca cała - poprawili kod w czterech programach, zmniejszając konsumpcję energii od 20 do 65 procent.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Inżynierowie z Pennsylvania State University połączyli dwie technologie pozyskiwania energii - biochemiczne ogniwa paliwowe wykorzystujące mikroorganizmy oraz odwróconą elektrodializę - dzięki czemu udało się oczyścić ścieki dzięki energii pozyskanej z nich samych. Co więcej, powstała też nadmiarowa energia, którą można odprowadzić do sieci.
      Profesor Bruce E. Logan, który nadzorował badania, mówi, że ich celem jest doprowadzenie do sytuacji, w której systemy dostarczania wody i odprowadzania ścieków będą energetycznie samowystarczalne. Zdaniem Logana miejskie ścieki mają kolosalny potencjał energetyczny. Można z nich pozyskać nawet 9-krotnie więcej energii niż potrzeba do ich oczyszczenia. Nie trzeba dużo myśleć, by dojść do wniosku, że cały proces można uczynić przynajmniej neutralnym pod względem zużycia energii - stwierdził uczony.
      Połączenie ogniwa biochemicznego i odwróconej elektrodializy pozwoliło na przezwyciężenie słabości obu tych technologii.
      Ogniwo biochemiczne składa się z dwóch komór przedzielonych półprzepuszczalną membraną, którą protony mogą przenikać tylko w jedną stronę. Wystarczy wsadzić elektrody do komór, by uzyskać baterię. Do jednej z elektrod należy przyczepić mikroorganizmy rozkładające molekuły organiczne. Z ich rozkładu powstają prostsze molekuły oraz protony i elektrony. Protony przechodzą przez membranę, tworząc potencjał pomiędzy obiema komorami, a elektrony przepływają poprzez elektrodę do sąsiedniej komory, gdzie łączą się z protonami i tlenem, tworząc wodę.
      Odwrócona elektrodializa również korzysta z przepływu jonów, jednak działa dzięki różnej ich koncentracji. Do pracy wymaga dwóch membran - jednej pozwalającej na przepływ jonów ujemnych, drugiej umożliwiającej przepływ jonów dodatnich. Całość trzeba zatem podzielić na trzy komory. Jeśli np. do środkowej wlejemy wodę morską, a do bocznych słodką, to jony przenikną przez odpowiednie membrany, w wyniku czego jedna z bocznych komór będzie naładowana dodatnio, druga - ujemnie.
      Obie te metody nie są pozbawione wad. Biochemiczne ogniwo paliwowe pozwala na uzyskanie niewielkiej mocy, a odwrócona elektrodializ działa, gdy połączymy co najmniej 20 par membran, co jest kosztownym przedsięwzięciem.
      Dzięki połączeniu obu technologii liczbę par membran w systemie odwróconej elektrodializy zmniejszono do 5, jednocześnie zwiększając 7-krotnie moc uzyskiwaną z ogniwa biochemicznego.
      Kluczowym elementem całości jest użycie w miejsce wody morskiej wodorosoli amonowej kwasu węglowego (NH4HCO3). Sól tę można odzyskiwać z roztworu po podgrzaniu go do nieco ponad 40 stopni Celsjusza, co oznacza, że można poddawać ją recyklingowi wykorzystując ciepło odpadowe całego procesu.
      Największym problemem stojącym przed zespołem Logana jest przeskalowanie urządzenia tak, by można było przeprowadzić testy w istniejących systemach wodociągowych.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Opadające krople deszczu trą o powietrze, przez co energia kinetyczna zarówno kropli jak i powietrza zamieniana jest w energię cieplną i zostaje rozproszona. Grupa matematyków policzyła ilość rozpraszanej w ten sposób energii i ze zdumieniem odkryła, że opady deszczu mogą być bardzo istotnym składnikiem ogólnego bilansu energetycznego atmosfery.
      Matematycy Olivier Pauluis z New York University oraz Juliana Dias z Narodowej Administracji Oceanów i Atmosfery (NOAA) wykorzystali dane uzyskane przez program Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM). Z ich obliczeń wynika, że pomiędzy 30. stopniem szerokości północnej a 30. stopniem szerokości południowej, rozproszenie energii wskutek tarcia kropli deszczu o powietrze średnio 1,8 wata na metr kwadratowy. Spadające krople wody i kryształki lodu stanowią minimalną część masy atmosfery, jednak, jak się okazuje, prowadzą do rozproszenia olbrzymich ilości energii.
      Specjaliści przewidują, że w miarę jak klimat będzie się ocieplał, opady staną się bardziej intensywne. Co więcej krople będą miały dłuższą drogę do przebycia, gdyż para wodna będzie kondensowała na większych wysokościach. Pauluis uważa, że na każdy stopień wzrostu temperatury ilość rozpraszanej energii wzrośnie o kilka procent. Wyliczenia te są zgodne z wcześniejszymi modelami klimatycznymi. Spodziewamy się, że wraz ze wzrostem temperatury wielkoskalowe cyrkulacje powietrza w tropikach, takie jak komórka Hadleya czy komórka Walkera osłabną - mówią uczeni. Można zatem spodziewać się osłabnięcia pasatów, które są częścią obu komórek.
      Nie osłabną za to huragany. Są one bowiem zależne nie od energii zgromadzonej w atmosferze a od temperatury powierzchni oceanów. Eksperci zapowiadają wzrost siły tych wiatrów.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Sposób na lekooporne bakterie szpitalne? Otwieranie okien. Jack Gilbert z Argonne National Laboratory uważa, że wpuszczenie do środka innych mikroorganizmów może zachwiać pozycją superbakterii, które w sterylnym na co dzień otoczeniu nie mają po prostu konkurencji.
      Amerykanin wyjaśnia, że gdyby porozmawiać z jakimkolwiek lekarzem z oddziałów czy klinik leczących zakażenia ran, dowiedzielibyśmy, że mimo ciągłego odkażania narzędzi i rąk, patogeny dostają się do organizmu operowanych. To sytuacja, kiedy nie mają one żadnej konkurencji ze strony innych bakterii skórnych lub środowiskowych, bo te zostały przecież wyeliminowane.
      Nadmierne wykorzystanie antybiotyków i środków sterylizujących zagraża populacji korzystnych dla zdrowia bakterii szpitalnych. Otwierając okna, [...] albo rozrzedzimy patogeny, albo nie pozwolimy im się zadomowić i rozrosnąć ze względu na zbyt dużą konkurencję o składniki odżywcze i energię.
      Rozwiązanie rodem z klasycznego podręcznika "Uwagi o pielęgniarstwie" autorstwa Florence Nightingale wydają się jeszcze bardziej zasadne w świetle wyników badań, które upubliczniono pod koniec zeszłego roku. Jessica Green z Oregon University wykazała bowiem, że powietrze w klimatyzowanych salach szpitalnych zawiera, w porównaniu do sal wietrzonych, mniej zróżnicowane populacje mikroorganizmów. W oparciu o mikrobiom stwierdzono, że relatywna częstość występowania bakterii blisko spokrewnionych z ludzkimi patogenami była wyższa w pomieszczeniach niż na zewnątrz i wyższa w pomieszczeniach ze słabszym przepływem powietrza i niższą wilgotnością względną.
      Budynki są w końcu złożonymi ekosystemami i nie wolno zapominać, że bilony mikroorganizmów wchodzą tu w interakcje ze sobą, ludźmi i otoczeniem. My możemy zaburzać równowagę, ale i starać się ją przywracać...
    • By KopalniaWiedzy.pl
      CERN poinformował, że w bieżącym roku energia strumieni cząstek w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) zostanie zwiększona do 4 teraelektronowoltów (TeV). Będzie zatem o 0,5 TeV większa niż w latach 2010-2011. Ma to pomóc w zebraniu jak największej ilości danych przed wyłączeniem akceleratora na dłuższy czas.
      Cele, które naukowcy chcą osiągnąć w bieżącym roku to uzyskanie 15 odwrotnych femtobarnów w eksperymentach ATLAS i CMS. Odwrotny femtobarn oznacza liczbę interakcji cząsteczek na 1 femtobarn. Naukowcy mają zatem zamiar aż trzykrotnie zwiększyć ilość pozyskanych danych. Jeden odwrotny femtobarn to w praktyce około 70 bilionów zderzeń.
      Gdy rozpoczynaliśmy w 2010 roku prace z LHC zdecydowaliśmy się na pracę z wiązkami o najniższej bezpiecznej energii. Dwa lata pracy z wiązkami i wiele pomiarów wykonanych w 2011 roku upewniło nas, że możemy bezpiecznie podnieść poprzeczkę i rozpocząć bardziej ambitne eksperymenty, zanim na długi czas zamkniemy LHC - mówi Steve Myers dyrektor CERN ds. akceleratorów i technologii.
      Pod koniec bieżącego roku LHC zostanie zamknięty na około 20 miesięcy. Podczas tej przerwy Wielki Zderzacz Hadronów będzie przystosowywany do pracy z maksymalną przewidzianą mocą - 7 TeV na wiązkę. Urządzenie zostanie ponownie uruchomione pod koniec 2014 roku, a pełną moc osiągnie w roku 2015.
×
×
  • Create New...