Ապագայի տեխնոլոգիաներ, որոնք չեն ցանկանում թարգմանվել աշխարհ

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:07

Իմ տեսանկյունից սրանք մակաբույծների սովորական հնարքներն են։ Եվ այս ամենն արվում է միայն շահույթի (շահույթի) համար։

Ներկայիս քաղաքակրթության համար այս ամենը տեղի է ունեցել Տեսլայի օրոք։ Բայց մակաբույծներն այն ժամանակ հստակ հասկացան, որ եթե մարդկանց հասանելի լինի անվճար էներգիան, ապա դրանք կվերջանան:

Բոլոր գյուտերը թաքնված էին կտորի տակ, որտեղ նրանք բոլորն են հիմա:

Եվ դա կշարունակվի այնքան ժամանակ, երբ «գիտության» ներկայիս զարգացումը իրեն չթաղի իրական փակուղու մեջ։ Եվ կա՛մ մակաբույծները կհանձնվեն և կբացեն իրենց սպանած բոլոր գիտնականների գյուտերը (ինչը քիչ հավանական է):

Կամ մակաբույծները նորից կփորձեն աղետ կազմակերպել մոլորակային մասշտաբով, որպեսզի բոլորին հետ տանեն դեպի քարե դար և ամեն ինչ նորից սկսեն. նրանց համար սա իդեալական տարբերակ է:

Ինչո՞վ ենք «ուտելու».

Պարադոքս է, բայց չնայած այն ահռելի ճանապարհին, որն անցել է էլեկտրոնիկան վերջին 30 տարիների ընթացքում, բոլոր շարժական սարքերը դեռ հագեցած են լիթիում-իոնային մարտկոցներով, որոնք շուկա են մտել դեռևս 1991 թվականին, երբ սովորական CD նվագարկիչը ճարտարագիտության գագաթնակետն էր։ մտածված շարժական տեխնոլոգիայի մեջ:

Էլեկտրոնիկայի և գաջեթների նոր նմուշների շատ օգտակար հատկություններ հավասարեցվում են շարժական մարտկոցից այդ սարքերի էլեկտրամատակարարման սակավ ժամանակին: Գիտական օճառն ու գյուտարարները վաղուց առաջ կգնան, բայց դրանք պահվում են մարտկոցի «խարիսխով»։

Եկեք տեսնենք, թե ապագայում ինչ տեխնոլոգիաներ կարող են փոխակերպել էլեկտրոնիկայի աշխարհը:

Նախ, մի փոքր պատմություն

Ամենից հաճախ, լիթիում-իոնային (Li-ion) մարտկոցները օգտագործվում են շարժական սարքերում (նոութբուքեր, բջջային հեռախոսներ, PDA-ներ և այլն): Դա պայմանավորված է նրանց առավելություններով նախկինում լայնորեն օգտագործված նիկել-մետաղ հիդրիդ (Ni-MH) և նիկել-կադմիում (Ni-Cd) մարտկոցների նկատմամբ:

Li-ion մարտկոցները շատ ավելի լավ պարամետրեր ունեն: Այնուամենայնիվ, պետք է հաշվի առնել, որ Ni-Cd մարտկոցներն ունեն մեկ կարևոր առավելություն՝ բարձր լիցքաթափման հոսանքներ ապահովելու ունակություն: Այս հատկությունը էական նշանակություն չունի նոութբուքերի կամ բջջային հեռախոսների սնուցման ժամանակ (որտեղ Li-ion-ի մասնաբաժինը հասնում է 80%-ի, և դրանց մասնաբաժինը գնալով ավելանում է), սակայն կան բավականին շատ սարքեր, որոնք սպառում են բարձր հոսանքներ, օրինակ՝ բոլոր տեսակի էլեկտրական գործիքների, էլեկտրական սափրիչների և այլն: Պ. Մինչ այժմ այս սարքերը եղել են գրեթե բացառապես Ni-Cd մարտկոցների տիրույթը: Այնուամենայնիվ, ներկայումս, հատկապես RoHS դիրեկտիվի համաձայն կադմիումի օգտագործման սահմանափակման հետ կապված, ակտիվացել են մեծ լիցքաթափման հոսանքով առանց կադմիումի մարտկոցների ստեղծման հետազոտությունները:

Առաջնային բջիջները («մարտկոցները») լիթիումի անոդով հայտնվեցին 20-րդ դարի 70-ականների սկզբին և արագ կիրառություն գտան իրենց բարձր հատուկ էներգիայի և այլ առավելությունների շնորհիվ: Այսպիսով, իրականացավ քիմիական հոսանքի աղբյուր ստեղծելու վաղեմի ցանկությունը ամենաակտիվ վերականգնող նյութով՝ ալկալի մետաղով, ինչը հնարավորություն տվեց կտրուկ բարձրացնել ինչպես մարտկոցի աշխատանքային լարումը, այնպես էլ նրա հատուկ էներգիան։ Եթե լիթիումի անոդով առաջնային բջիջների զարգացումը պսակվեց համեմատաբար արագ հաջողությամբ, և այդպիսի բջիջները հաստատապես զբաղեցրին իրենց տեղը որպես շարժական սարքավորումների սնուցման աղբյուր, ապա լիթիումային մարտկոցների ստեղծումը բախվեց հիմնարար դժվարությունների, որոնք հաղթահարելու համար պահանջվեց ավելի քան 20 տարի:

1980-ականների ընթացքում բազմաթիվ փորձարկումներից հետո պարզվեց, որ լիթիումային մարտկոցների խնդիրը պտտվում է լիթիումի էլեկտրոդների շուրջ: Ավելի ճիշտ, լիթիումի ակտիվության շուրջ. շահագործման ընթացքում տեղի ունեցած գործընթացները, ի վերջո, հանգեցրին բուռն ռեակցիայի, որը կոչվում է «օդափոխում բոցի արտանետմամբ»։ 1991 թվականին արտադրական գործարաններ հետ կանչվեցին մեծ թվով լիթիումային վերալիցքավորվող մարտկոցներ, որոնք առաջին անգամ օգտագործվեցին որպես բջջային հեռախոսների էներգիայի աղբյուր։Պատճառն այն է, որ խոսակցության ժամանակ, երբ ընթացիկ սպառումը առավելագույն է, մարտկոցից բոց է արձակվել՝ այրելով բջջային հեռախոսից օգտվողի դեմքը։

Մետաղական լիթիումին բնորոշ անկայունության պատճառով, հատկապես լիցքավորման ժամանակ, հետազոտություններն անցել են առանց Li-ի օգտագործման, բայց դրա իոնների օգտագործմամբ մարտկոց ստեղծելու ոլորտ: Չնայած լիթիում-իոնային մարտկոցներն ապահովում են էներգիայի անհամեմատ ավելի ցածր խտություն, քան լիթիումային մարտկոցները, Լիթիում-իոնային մարտկոցները ապահով են, երբ ապահովված են լիցքավորման և լիցքաթափման ճիշտ պայմաններով: Այնուամենայնիվ, նրանք անձեռնմխելի չէ պայթյուններից.

Այս ուղղությամբ էլ, մինչդեռ ամեն ինչ փորձում է զարգանալ ու տեղում չկանգնել։ Օրինակ, Nanyang տեխնոլոգիական համալսարանի (Սինգապուր) գիտնականները մշակել են նոր տեսակի լիթիում-իոնային մարտկոց՝ ռեկորդային կատարողականությամբ … Նախ, այն լիցքավորվում է 2 րոպեում մինչև իր առավելագույն հզորության 70%-ը: Երկրորդ, մարտկոցը աշխատում է գրեթե առանց քայքայման ավելի քան 20 տարի:

Ի՞նչ կարող ենք սպասել հաջորդիվ:

Նատրիում

Բազմաթիվ հետազոտողների կարծիքով՝ հենց այս ալկալի մետաղը պետք է փոխարինի թանկարժեք և հազվագյուտ լիթիումին, որն ավելին քիմիապես ակտիվ է և հրդեհավտանգ։ Նատրիումի մարտկոցների շահագործման սկզբունքը նման է լիթիումին. լիցք փոխանցելու համար նրանք օգտագործում են մետաղական իոններ:

Տարբեր լաբորատորիաների և ինստիտուտների գիտնականները երկար տարիներ պայքարել են նատրիումի տեխնոլոգիայի թերությունների դեմ, ինչպիսիք են դանդաղ լիցքավորումը և ցածր հոսանքները: Նրանցից ոմանց հաջողվել է լուծել խնդիրը։ Օրինակ՝ poadBit մարտկոցների նախնական արտադրության նմուշները լիցքավորվում են հինգ րոպեում և ունեն մեկուկեսից երկու անգամ ավելի հզորություն: Եվրոպայում մի քանի մրցանակներ ստանալուց հետո, ինչպիսիք են Innovation Radar Prize-ը, Eureka Innovest Award-ը և մի քանի այլ մրցանակներ, ընկերությունն անցավ սերտիֆիկացման, գործարանի կառուցման և արտոնագրերի ստացմանը:

Գրաֆեն

Գրաֆենը մեկ ատոմ հաստությամբ ածխածնի ատոմներից բաղկացած հարթ բյուրեղյա վանդակ է: Շնորհիվ կոմպակտ ծավալով իր հսկայական մակերեսի, որը կարող է լիցք կուտակել, գրաֆենը իդեալական լուծում է կոմպակտ գերկոնդենսատորներ ստեղծելու համար:

Արդեն կան մինչև 10000 Ֆարադ հզորությամբ փորձնական մոդելներ: Նման գերկոնդենսատորը ստեղծվել է Sunvault Energy-ի կողմից Edison Power-ի հետ համատեղ: Մշակողները պնդում են, որ ապագայում իրենք կներկայացնեն մոդել, որի էներգիան կբավականացնի ամբողջ տունը սնուցելու համար։

Նման սուպերկոնդենսատորներն ունեն բազմաթիվ առավելություններ՝ գրեթե ակնթարթային լիցքավորման հնարավորություն, շրջակա միջավայրի բարեկեցություն, անվտանգություն, կոմպակտություն, ինչպես նաև ցածր գին: Շնորհիվ գրաֆենի արտադրության նոր տեխնոլոգիայի, որը նման է 3D տպիչի վրա տպագրությանը, Sunvault-ը խոստանում է մարտկոցների արժեքը գրեթե տասն անգամ ավելի քիչ, քան լիթիում-իոնային տեխնոլոգիաները: Այնուամենայնիվ, արդյունաբերական արտադրությունը դեռ շատ հեռու է:

Sanvault-ն ունի նաև մրցակիցներ. Ավստրալիայի Սուինբերնի համալսարանի մի խումբ գիտնականներ նույնպես ներկայացրել են գրաֆենի սուպերկոնդենսատորը, որն իր հզորությամբ համեմատելի է լիթիում-իոնային մարտկոցների հետ: Այն կարող է լիցքավորվել մի քանի վայրկյանում։ Բացի այդ, այն ճկուն է, ինչը թույլ կտա այն օգտագործել տարբեր ձևաչափերի սարքերում և նույնիսկ խելացի հագուստներում։

Ատոմային մարտկոցներ

Միջուկային մարտկոցները դեռ շատ թանկ են։ Մի երկու տարի առաջ կար Ահա միջուկային մարտկոցի մասին տեղեկությունը. Մոտ ապագայում նրանք չեն կարողանա մրցել ծանոթ լիթիում-իոնային մարտկոցների հետ, բայց չենք կարող չնշել դրանք, քանի որ աղբյուրները, որոնք 50 տարի շարունակ էներգիա են արտադրում, շատ ավելի հետաքրքիր են, քան վերալիցքավորվող մարտկոցները։

Նրանց աշխատանքի սկզբունքը, ինչ-որ իմաստով, նման է արևային բջիջների աշխատանքին, միայն թե արևի փոխարեն դրանցում էներգիայի աղբյուր են հանդիսանում բետա ճառագայթմամբ իզոտոպները, որոնք այնուհետև ներծծվում են կիսահաղորդչային տարրերով։

Ի տարբերություն գամմա ճառագայթման, բետա ճառագայթումը գործնականում անվնաս է: Այն լիցքավորված մասնիկների հոսք է և հեշտությամբ պաշտպանվում է հատուկ նյութերի բարակ շերտերով:Այն նաև ակտիվորեն ներծծվում է օդով։

Այսօր նման մարտկոցների մշակումն իրականացվում է բազմաթիվ ինստիտուտներում։ Ռուսաստանում NUST MISIS-ը, MIPT-ը և NPO Luch-ը հայտարարեցին այս ուղղությամբ իրենց համատեղ աշխատանքի մասին։ Ավելի վաղ նմանատիպ նախագիծ էր սկսել Տոմսկի պոլիտեխնիկական համալսարանը։ Երկու նախագծերում էլ հիմնական նյութը նիկել-63-ն է, որը ստացվում է միջուկային ռեակտորում նիկել-62 իզոտոպի նեյտրոնային ճառագայթման արդյունքում՝ հետագա ռադիոքիմիական մշակմամբ և գազի ցենտրիֆուգներում տարանջատմամբ: Մարտկոցի առաջին նախատիպը պետք է պատրաստ լինի 2017 թվականին։

Այնուամենայնիվ, նման բետա-վոլտային էներգիայի մատակարարումները ցածր էներգիա են և չափազանց թանկ: Ռուսական զարգացման դեպքում էներգիայի մանրանկարչության աղբյուրի գնահատված արժեքը կարող է կազմել մինչև 4,5 միլիոն ռուբլի:

Նիկել-63-ը նույնպես ունի մրցակիցներ. Օրինակ, Միսսուրիի համալսարանը երկար ժամանակ է փորձեր է անում ստրոնցիում-90-ի հետ, և առևտրում կարելի է գտնել տրիտիումի վրա հիմնված մանրանկարչական բետա-վոլտային մարտկոցներ: Տարածաշրջանում հազար դոլար գնով նրանք ի վիճակի են սնուցել տարբեր սրտի ռիթմավարներ, սենսորներ կամ փոխհատուցել լիթիում-իոնային մարտկոցների ինքնալիցքաթափումը:

Փորձագետներն առայժմ հանգիստ են

Չնայած առաջին նատրիումի մարտկոցների զանգվածային արտադրության մոտեցմանը և գրաֆենի սնուցման աղբյուրների վրա ակտիվ աշխատանքին, ոլորտի փորձագետները չեն կանխատեսում որևէ հեղափոխություն առաջիկա մի քանի տարիների համար:

Liteko ընկերությունը, որը գործում է Ռուսնանո-ի թևի տակ և Ռուսաստանում լիթիում-իոնային մարտկոցներ է արտադրում, կարծում է, որ շուկայի աճի դանդաղման պատճառներ առայժմ չկան։ «Լիթիում-իոնային մարտկոցների կայուն պահանջարկը հիմնականում պայմանավորված է դրանց բարձր տեսակարար էներգիայով (պահվում է մեկ միավորի զանգվածի կամ ծավալի համար): մեկնաբանություններ ընկերությունում։

Այնուամենայնիվ, նույն նատրիումի poadBit մարտկոցների կոմերցիոն հաջողության դեպքում շուկան կարող է վերաֆորմատավորվել մի քանի տարիների ընթացքում: Եթե սեփականատերերը և բաժնետերերը չեն ցանկանում լրացուցիչ գումար վաստակել նոր տեխնոլոգիայի վրա: