Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Profesor Prabhakar Bandaru z Wydziału Inżynierii Lotniczej i Mechanicznej Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego oraz jego student Mark Hoefer odkryli, że niedoskonałości celowo wprowadzane do struktury nanorurek mogą być przydatne w budowie superkondensatorów. Dzięki nim urządzenia przenośne ładowalibyśmy w ciągu kilku minut.

Zdaliśmy sobie sprawę z tego, że węglowe nanorurki mogą być używane do przechowywania energii, gdy badaliśmy możliwość zastosowania ich w roli elektrod dla czujników chemicznych. Podczas testów zauważyliśmy, że możemy spowodować, by powstawały w nich niedoskonałości, dzięki którym zwiększa się pojemność energetyczna - mówi  Hoefer. Dodaje przy tym, że konieczne jest szczegółowe kontrolowanie liczby wprowadzanych defektów, gdyż jeśli będzie ich zbyt wiele, może spaść przewodnictwo nanorurek. A dobre przewodnictwo to warunek konieczny do osiągnięcia wysokiej pojemności. Bardzo interesujący jest sam fakt, iż nanorurki, uważane za doskonały materiał, mogą być użyteczne także dzięki wielu niedoskonałościom - stwierdza profesor Bandaru.

Zdaniem obu naukowców, nanorurki mogą okazać się najlepszym materiałem do produkcji superkondensatorów.

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
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By 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
    • By 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
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Uczeni z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) pokazali, w jaki sposób można co najmniej 10-krotnie zmniejszyć dawkę promieniowania, na które wystawieni są pacjenci przechodzący terapię IGRT (image-guided radiation therapy). Zasadniczym elementem decydującym o powodzeniu terapii są wielokrotnie powtarzane skany za pomocą spiralnej tomografii komputerowej. Ich liczba orazdawka otrzymywanego promieniowania mogą budzić obawy o zdrowie pacjentów.
      Oczywiście możliwe jest zmniejszenie intensywności promieniowania czy czasu ekspozycji,jednak wówczas otrzymuje się tak niedoskonały obraz, że jego przetwarzanie do użytecznej postaci trwa całe godziny. To z kolei jest nie do przyjęcia, gdyż pacjent musiałby niezwykle długo leżeć w tomografie.
      Xun Jia i jego zespół z UCSD opracowali nowy algorytm dla procesorów graficznych (GPU), dzięki któremu pełny skan można wykonać w ciągu około dwóch minut. Dzięki ich pracy już od 20 do 40 naświetleń o intensywności 0,1 mAs każde zapewnia obraz nadający się w IGRT. Dzięki użyciu karty Nvidia Tesla C1060 czas potrzebny na przetworzenie obrazu wyniósł, w zależności od liczby naświetleń, od 77 do 130 sekund. To około 100-krotnie szybciej niż w wypadku innych podobnych technik. Co więcej, dawka promieniowania przyjęta przez pacjenta zmniejszyła się od 36 do 72 razy. Obecnie bowiem wykonuje się około 360 naświetleń, a każde z nich oznacza dawkę 0,4 mAs.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Rozwój elektroniki postępuje bardzo szybko, oferując nam coraz potężniejsze układy. Nowe technologie obiecują jeszcze większą moc: grafen, nanorurki, DNA, komputery kwantowe. Tymczasem jednocześnie istnieje potrzeba tanich, prostych w produkcji i prostych układów do codziennych zastosowań. Z powodzeniem już się takie tworzy z plastiku czy z papieru. Dzięki odkryciom inżynierów z Uniwersytetu Stanforda papierową elektronikę będziemy mogli zasilać papierowymi bateriami.
      Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda od dawna pracowali nad stworzeniem papierowego superkondensatora przy pomocy nadrukowywania węglowych nanorurek. Pierwsze efekty prezentowali już w zeszłym roku, teraz osiągnęli jednak znaczący postęp. Udało się zrezygnować z domieszek srebra i uniknąć przenikania drobnych nanorurek przez pory papieru, co powodowało spięcia. Papier - a można tu zastosować naprawdę dowolny papier - pokryty z dwóch stron cienką warstwą polifluorku winylidenu (PVDF) można z dużą prędkością zadrukowywać węglowymi nanorurkami o pojedynczych ściankach (SWNT). Nanorurki ściśle związują się z papierem podobnie jak tusz lub atrament podczas pisania i nie ulegają zniszczeniu nawet potraktowane gumką czy taśmą klejącą. Zarazem odpowiednio zaimpregnowany papier zatrzymując nanorurki jednocześnie pozwala na przenikanie elektrolitów, działając membrana. Po nadrukowaniu węglowe nanorurki służą jednocześnie jako styki, jak i elektrody, wystarczy je napełnić elektrolitem. Pojemność takiego urządzenia to około trzech Faradów na gram. Urządzenie jest też bardzo trwałe, po upływie 2500 cykli ładowania i rozładowania spadek wydajności jest niewielki. Można oczywiście je dowolnie wyginać, czy rulować - jak zwykły papier.
      Trzeba jeszcze opracować sposób stworzenia z papierowego kondensatora funkcjonalnych baterii. Pozwoli to na produkowanie bardzo tanich akumulatorów, które będzie wyjątkowo łatwo utylizować - po prostu jak zwykły papier. Na filmie: naukowcy ze Stanforda demonstrują diodę zasilaną papierowym kondensatorem.
       
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Eksperci z brytyjskiego Defense Science and Technology Laboratory (Dstl), które stanowi jednostkę badawczą Ministerstwa Obrony, pracują nad... pancerzem z ochronnym polem siłowym. Silne pole elektromagnetyczne miałoby chronić pojazdy przed uderzeniem pocisków.
      Specjaliści twierdzą, że w pancerze czołgów można wbudować superkondensatory. Gdy pojazd wykryje, że w jego stronę lecą pociski, energia z superkondensatorów może zostać przekazana do pancerza. Wytworzy się wówczas pole elektromagnetyczne i takie pole siłowe byłoby w stanie uchronić pancerz pojazdu. Oczywiście, takie pole istniałoby jedynie przez ułamki sekundy, jednak odpowiednie dobranie momentu jego pojawienia się uchroniłoby pojazd przed ogniem wroga.
      Po rozładowaniu supekondensatory byłyby natychmiast ponownie ładowane w oczekiwaniu na kolejny atak.
      Profesor Bryn James, szef zespołu zajmującego się w Dstl pancerzami i systemami ochrony mówi, że zastosowanie dodatkowego elementu, nie zwiększy zbytnio wagi pojazdu. Obecnie i tak większość czołgów nie posiada wystarczająco grubego pancerza, by przetrwać uderzenie nowoczesnego pocisku kumulacyjnego. Konieczne jest stosowanie niezwykle grubych pancerzy. Użycie pola siłowego wyeliminuje taką potrzebę. Profesor James dodaje przy tym, że wbrew pozorom okazało się, iż naładowanie superkondensatorów nie wymaga olbrzymich ilości energii.
      Przeprowadzono już pierwsze testy podczas których na tradycyjny pancerz nałożono "pancerz elektryczny", składający się z wielu warstw metalu pomiędzy którymi płynie prąd. Gdy pocisk uderza w pierwszą z nich i ją przerywa, staje się częścią obwodu i powoduje pojawienie się silnego pola elektrycznego pomiędzy warstwami. Pole to prowadzi do odparowania strumienia kumulacyjnego, który nie dociera do właściwego pancerza, a więc załoga pozostaje bezpieczna.
      Prezentacje technologii opracowanej przez Dstl mają odbyć się w najbliższym czasie.
      Brytyjskie Ministerstwo Obrony chce, by prace organizacji doprowadziły w ciągu najbliższej dekady do obniżenia ciężaru pojazdów opancerzonych o 70%. Pozwoli to zwiększyć ich prędkość i zdolności manewrowe. 
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...