Tulevaisuuden teknologiat, jotka eivät halua levitä maailmaan

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Minun näkökulmastani nämä ovat tavallisia loisten temppuja. Ja kaikki tämä tehdään vain voiton (voiton) vuoksi!

Nykyiselle sivilisaatiolle kaikki tämä tapahtui Teslan aikana. Mutta loiset ymmärsivät sitten selvästi, että jos ihmisillä on mahdollisuus saada ilmaista energiaa, ne loppuvat.

Kaikki keksinnöt piilotettiin kankaan alle, missä ne kaikki nyt ovat.

Ja tämä jatkuu siihen hetkeen asti, jolloin "tieteen" nykyinen kehitys ei hautaudu todelliseen umpikujaan. Ja joko loiset antautuvat ja avaavat arkun kaikkien tappamiensa tiedemiesten keksinnöillä (mikä on epätodennäköistä.)

Tai loiset yrittävät uudelleen järjestää planeetan mittakaavan katastrofin ajaakseen kaikki takaisin kivikaudelle ja aloittaakseen kaiken alusta - heille tämä on ihanteellinen vaihtoehto.

Millä me "syömme"?

Se on paradoksi, mutta huolimatta siitä valtavasta polusta, jonka elektroniikka on tehnyt viimeisten 30 vuoden aikana, kaikki mobiililaitteet on edelleen varustettu litiumioniakuilla, jotka tulivat markkinoille jo vuonna 1991, jolloin tavallinen CD-soitin oli tekniikan huippu. ajateltu kannettavassa tekniikassa.

Monet elektroniikan ja vempaimien uusien näytteiden hyödylliset ominaisuudet tasoitetaan näiden laitteiden niukalla virransyötöllä mobiiliakulla. Tieteellinen saippua ja keksijät olisivat astuneet eteenpäin jo kauan sitten, mutta akun "ankkuri" pitää heidät.

Katsotaanpa, mitkä tekniikat voivat muuttaa elektroniikan maailmaa tulevaisuudessa.

Ensin vähän historiaa

Useimmiten litiumioniakkuja (Li-ion) käytetään mobiililaitteissa (kannettavat tietokoneet, matkapuhelimet, PDA-laitteet ja muut). Tämä johtuu niiden eduista verrattuna aiemmin laajalti käytettyihin nikkelimetallihydridi- (Ni-MH) ja nikkeli-kadmium (Ni-Cd) -akkuihin.

Li-ion-akuilla on paljon paremmat parametrit. On kuitenkin pidettävä mielessä, että Ni-Cd-akuilla on yksi tärkeä etu: kyky tarjota suuria purkausvirtoja. Tämä ominaisuus ei ole kriittisen tärkeä kannettavien tietokoneiden tai matkapuhelimien virransyötössä (jossa Li-ionin osuus saavuttaa 80% ja niiden osuus kasvaa koko ajan), mutta suuria virtoja kuluttavia laitteita on melko vähän, esim. kaikenlaisia sähkötyökalut, sähköparranajokoneet jne. P. Tähän asti nämä laitteet ovat olleet lähes yksinomaan Ni-Cd-akkujen toimialuetta. Tällä hetkellä, erityisesti kadmiumin käytön rajoittamisen yhteydessä RoHS-direktiivin mukaisesti, on kuitenkin tehostunut tutkimus korkean purkausvirran kadmiumittomien akkujen luomisesta.

Litiumanodilla varustetut primaarikennot ("akut") ilmestyivät 1900-luvun 70-luvun alussa ja ne löysivät nopeasti sovelluksen korkean ominaisenergiansa ja muiden etujensa ansiosta. Näin toteutui pitkäaikainen toive luoda kemiallinen virtalähde aktiivisimmalla pelkistimellä, alkalimetallilla, mikä mahdollisti dramaattisesti sekä akun käyttöjännitteen että sen ominaisenergian lisäämisen. Jos litiumanodilla varustettujen primäärikennojen kehitystä kruunasi suhteellisen nopea menestys ja tällaiset kennot ottivat tiukasti paikkansa kannettavien laitteiden virtalähteinä, litiumakkujen luominen joutui perustavanlaatuisiin vaikeuksiin, joiden voittaminen kesti yli 20 vuotta.

1980-luvun monien testausten jälkeen kävi ilmi, että litiumakkujen ongelma on kiertynyt litiumelektrodien ympärille. Tarkemmin sanottuna litiumin aktiivisuuden ympärillä: toiminnan aikana tapahtuneet prosessit johtivat lopulta rajuun reaktioon, jota kutsutaan "tuuletukseksi liekin säteilemällä". Vuonna 1991 tuotantolaitoksille palautettiin suuri määrä ladattavia litiumakkuja, joita käytettiin ensimmäistä kertaa matkapuhelimien virtalähteenä. Syynä on se, että keskustelun aikana, kun virrankulutus on maksimi, akusta lähti liekki, joka poltti matkapuhelimen käyttäjän kasvoja.

Metalliselle litiumille ominaisesta epävakaudesta johtuen erityisesti latauksen aikana, tutkimus on siirtynyt akun luomiseen ilman litiä, vaan sen ioneja. Vaikka litiumioniakut tarjoavat hieman alhaisemman energiatiheyden kuin litiumakut, litiumioniakut ovat turvallisia, kun ne ladataan ja puretaan oikein. Kuitenkin he ei immuuni räjähdyksille.

Myös tähän suuntaan, kun kaikki yrittää kehittyä eikä seisoa paikallaan. Esimerkiksi tutkijat Nanyang Technological Universitystä (Singapore) ovat kehittäneet uudentyyppinen litiumioniakku ennätysteholla … Ensinnäkin se latautuu 2 minuutissa 70 prosenttiin enimmäiskapasiteetistaan. Toiseksi, akku on toiminut lähes heikkenemättä yli 20 vuoden ajan.

Mitä voimme odottaa seuraavaksi?

Natrium

Monien tutkijoiden mukaan juuri tämän alkalimetallin pitäisi korvata kallis ja harvinainen litium, joka on lisäksi kemiallisesti aktiivinen ja palovaarallinen. Natriumparistojen toimintaperiaate on samanlainen kuin litiumin - ne käyttävät metalli-ioneja varauksen siirtämiseen.

Useiden vuosien ajan tutkijat eri laboratorioista ja instituuteista ovat kamppailleet natriumteknologian haittojen, kuten hitaan latauksen ja alhaisten virtojen, kanssa. Jotkut heistä onnistuivat ratkaisemaan ongelman. Esimerkiksi poadBit-akkujen tuotantoa edeltävät näytteet latautuvat viidessä minuutissa ja niiden kapasiteetti on puolitoista-kaksi kertaa suurempi. Saatuaan useita palkintoja Euroopassa, kuten Innovation Radar Prize -palkinnon, Eureka Innovest -palkinnon ja useat muut, yritys siirtyi sertifiointiin, tehdasrakentamiseen ja patenttien saamiseen.

Grafeeni

Grafeeni on yhden atomin paksuinen litteä kidehila hiiliatomeista. Pienessä tilavuudessa olevan valtavan pinta-alan ansiosta, joka pystyy varastoimaan varauksen, grafeeni on ihanteellinen ratkaisu kompaktien superkondensaattorien luomiseen.

On jo kokeellisia malleja, joiden kapasiteetti on jopa 10 000 Faradia! Tällaisen superkondensaattorin loi Sunvault Energy yhdessä Edison Powerin kanssa. Kehittäjät väittävät esittelevänsä tulevaisuudessa mallin, jonka energia riittää koko talon tehoon.

Tällaisilla superkondensaattoreilla on monia etuja: lähes välittömän latauksen mahdollisuus, ympäristöystävällisyys, turvallisuus, kompakti ja myös alhaiset kustannukset. Uuden grafeenin tuotantotekniikan ansiosta, joka muistuttaa 3D-tulostimella tulostamista, Sunvault lupaa akkujen kustannukset lähes kymmenen kertaa alhaisemmat kuin litiumioniteknologiat. Teollisuustuotanto on kuitenkin vielä kaukana.

Sanvaultilla on myös kilpailijoita. Tutkijaryhmä Swinburnin yliopistosta Australiasta paljasti myös grafeenisuperkondensaattorin, jonka kapasiteetti on verrattavissa litiumioniakkuihin. Se voidaan ladata muutamassa sekunnissa. Lisäksi se on joustava, mikä mahdollistaa sen käytön erimuotoisissa laitteissa ja jopa älyvaatteissa.

Atomiakut

Ydinakut ovat edelleen erittäin kalliita. Pari vuotta sitten oli Tässä on tietoa ydinakusta. Lähitulevaisuudessa ne eivät pysty kilpailemaan tuttujen litiumioniakkujen kanssa, mutta niitä ei voi jättää mainitsematta, sillä 50 vuotta jatkuvasti energiaa tuottaneet lähteet ovat paljon mielenkiintoisempia kuin ladattavat akut.

Niiden toimintaperiaate on tietyssä mielessä samanlainen kuin aurinkokennojen toiminta, vain auringon sijasta energianlähde niissä on isotoopit beetasäteilyllä, jonka sitten absorboivat puolijohdeelementit.

Toisin kuin gammasäteily, beetasäteily on käytännössä vaaratonta. Se on varautuneiden hiukkasten virta, ja se on helposti suojattu ohuilla erikoismateriaalikerroksilla. Se myös imeytyy aktiivisesti ilmaan.

Nykyään tällaisten akkujen kehitystä tehdään monissa laitoksissa. Venäjällä NUST MISIS, MIPT ja NPO Luch ilmoittivat yhteisestä työstään tähän suuntaan. Aiemmin samanlaisen hankkeen käynnisti Tomskin ammattikorkeakoulu. Molemmissa hankkeissa pääaine on nikkeli-63, joka saadaan neutronisäteilyttämällä nikkeli-62-isotooppi ydinreaktorissa radiokemiallisen jatkokäsittelyn ja kaasusentrifugeissa erotuksen avulla. Akun ensimmäisen prototyypin pitäisi olla valmis vuonna 2017.

Tällaiset beta-voltaic-virtalähteet ovat kuitenkin vähätehoisia ja erittäin kalliita. Venäläisen kehityksen tapauksessa pienoisvirtalähteen arvioitu hinta voi olla jopa 4,5 miljoonaa ruplaa.

Nickel-63:lla on myös kilpailijoita. Esimerkiksi Missourin yliopisto on kokeillut strontium-90:tä pitkään, ja tritiumiin perustuvia miniatyyri beeta-voltaic-akkuja löytyy kaupallisesti. Tuhannen dollarin hintaan ne pystyvät syöttämään erilaisia sydämentahdistimia, antureita tai kompensoimaan litiumioniakkujen itsepurkautumista.

Asiantuntijat ovat toistaiseksi rauhallisia

Huolimatta lähestymistavasta ensimmäisten natriumparistojen massatuotantoon ja aktiivisesta työstä grafeenivirtalähteiden parissa, alan asiantuntijat eivät ennusta vallankumouksia seuraaville vuosille.

Rusnanon siiven alla toimiva ja Venäjällä litiumioniakkuja valmistava Liteko-yhtiö uskoo, ettei markkinoiden kasvun hidastumiseen ole toistaiseksi syytä. "Litiumioniakkujen tasainen kysyntä johtuu ensisijaisesti niiden korkeasta ominaisenergiasta (varastoituna massa- tai tilavuusyksikköä kohti). Tämän parametrin mukaan niillä ei ole tällä hetkellä kilpailijoita sarjatuotantona valmistettavien ladattavien kemiallisten virtalähteiden joukossa." kommentteja yhtiössä.

Kuitenkin, jos samat natriumpoadBit-akut menestyvät kaupallisesti, markkinat voidaan muotoilla uudelleen muutamassa vuodessa. Elleivät omistajat ja osakkeenomistajat halua ansaita ylimääräistä rahaa uudella tekniikalla.