Дэлхийд орчуулахыг хүсэхгүй байгаа ирээдүйн технологиуд

2024 Зохиолч: Seth Attwood | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-16 16:12

Миний бодлоор эдгээр нь шимэгчдийн ердийн заль мэх юм. Мөн энэ бүгдийг зөвхөн ашгийн төлөө (ашиг) хийдэг!

Одоогийн соёл иргэншлийн хувьд энэ бүхэн Теслагийн үед болсон. Харин шимэгч хорхойтнууд дараа нь хүмүүс чөлөөт эрчим хүч авах боломжтой бол тэд дуусна гэдгийг тодорхой ойлгосон.

Бүх шинэ бүтээлүүд одоо байгаа даавууны доор нуугдаж байсан.

Энэ нь өнөөгийн "шинжлэх ухаан"-ын хөгжил жинхэнэ мухардалд ороогүй мөч хүртэл үргэлжлэх болно. Нэг бол шимэгч хорхойнууд бууж өгч, алсан бүх эрдэмтдийнхээ бүтээлээр цээжийг нээх болно (энэ нь магадлал багатай).

Эсвэл шимэгч хорхойтнууд хүн бүрийг чулуун зэвсгийн үе рүү эргүүлж, бүгдийг шинээр эхлүүлэхийн тулд гаригийн хэмжээнд сүйрлийг зохион байгуулахыг дахин оролдох болно - энэ бол тэдний хувьд хамгийн тохиромжтой сонголт юм.

Бид юугаар "идэх" гэж байна вэ?

Энэ бол парадокс, гэхдээ сүүлийн 30 жилийн хугацаанд электроникийн хийсэн асар их замыг үл харгалзан бүх хөдөлгөөнт төхөөрөмжүүд литий-ион батерейгаар тоноглогдсон хэвээр байгаа бөгөөд энэ нь ердийн CD тоглуулагч нь инженерчлэлийн оргил үе байсан 1991 онд зах зээлд гарч ирсэн. зөөврийн технологид бодож.

Цахилгаан хэрэгсэл, багаж хэрэгслийн шинэ дээжийн олон ашигтай шинж чанарууд нь эдгээр төхөөрөмжүүдийг гар утасны батерейгаас цахилгаанаар хангах хугацаа бага байдаг. Шинжлэх ухааны саван, зохион бүтээгчид аль эрт урагшлах байсан ч батерейны "зангуу"-д хадгалагддаг.

Цаашид электрон барааны ертөнцийг ямар технологиор өөрчилж болохыг харцгаая.

Нэгдүгээрт, бага зэрэг түүх

Ихэнхдээ лити-ион (Li-ion) батерейг хөдөлгөөнт төхөөрөмжид (зөөврийн компьютер, гар утас, PDA болон бусад) ашигладаг. Энэ нь өмнө нь өргөн хэрэглэгддэг никель-металл гидрид (Ni-MH) болон никель-кадми (Ni-Cd) батерейгаас давуу талтай холбоотой юм.

Ли-ион батерей нь илүү сайн үзүүлэлттэй байдаг. Гэсэн хэдий ч, Ni-Cd батерей нь нэг чухал давуу талтай гэдгийг санах нь зүйтэй: өндөр цэнэгийн гүйдлийг хангах чадвар. Зөөврийн компьютер эсвэл гар утсыг тэжээхэд энэ шинж чанар нь тийм ч чухал биш юм (үүнд Li-ion-ийн эзлэх хувь 80% хүрч, тэдний эзлэх хувь улам бүр нэмэгдсээр байна), гэхдээ өндөр гүйдэл хэрэглэдэг цөөн хэдэн төхөөрөмж, жишээлбэл, бүх төрлийн төхөөрөмж байдаг. цахилгаан хэрэгсэл, цахилгаан сахлын машин гэх мэт П. Өнөөг хүртэл эдгээр төхөөрөмжүүд нь бараг зөвхөн Ni-Cd батерейны домэйн байсаар ирсэн. Гэсэн хэдий ч одоогийн байдлаар, ялангуяа RoHS-ийн зааврын дагуу кадми ашиглахыг хязгаарласантай холбогдуулан өндөр цэнэгийн гүйдэл бүхий кадмигүй батерейг бий болгох судалгаа эрчимтэй явагдаж байна.

Лити анод бүхий анхдагч эсүүд ("батарей") 20-р зууны 70-аад оны эхээр гарч ирсэн бөгөөд өндөр өвөрмөц энерги болон бусад давуу талуудын улмаас хэрэглээгээ хурдан олжээ. Ийнхүү хамгийн идэвхтэй бууруулагч бодис болох шүлтлэг металл бүхий химийн гүйдлийн эх үүсвэрийг бий болгох удаан хугацааны хүсэл биелсэн бөгөөд энэ нь батерейны ажиллах хүчдэл болон түүний тодорхой энергийг эрс нэмэгдүүлэх боломжтой болсон. Хэрэв литийн анод бүхий анхдагч эсийн хөгжил харьцангуй хурдан амжилттай болж, ийм эсүүд зөөврийн тоног төхөөрөмжийн тэжээлийн эх үүсвэр болж байсан бол литийн батерейг бий болгоход 20 гаруй жилийн хугацаа шаардагдах үндсэн бэрхшээл тулгарсан.

1980-аад оны турш олон туршилт хийсний дараа лити батерейны асуудал литийн электродуудын эргэн тойронд эргэлдэж байсан нь тогтоогджээ. Илүү нарийвчлалтай, литийн үйл ажиллагааны эргэн тойронд: үйл ажиллагааны явцад гарсан үйл явц нь эцэст нь "дөл ялгаруулах агааржуулалт" гэж нэрлэгддэг хүчтэй урвалд хүргэсэн. 1991 онд олон тооны литийн цэнэглэдэг батерейг гар утасны эрчим хүчний эх үүсвэр болгон анх удаагаа үйлдвэрлэлийн үйлдвэрүүдэд эргүүлэн татсан. Учир нь ярианы явцад одоогийн хэрэглээ хамгийн их байх үед батарейгаас дөл гарч, гар утас хэрэглэгчийн нүүрийг шатаасан байна.

Металл литийн тогтворгүй байдлын улмаас, ялангуяа цэнэглэх явцад судалгаанууд Li-г ашиглахгүйгээр, харин түүний ионуудыг ашиглан батерей бүтээх талбарт шилжсэн. Хэдийгээр лити-ион батерей нь литийн батерейг бодвол харьцангуй бага эрчим хүчний нягтралыг өгдөг ч зөв цэнэглэх, цэнэггүй болгох нөхцлөөр хангагдсан тохиолдолд лити-ион батерейнууд аюулгүй байдаг. Гэсэн хэдий ч тэд тэсрэлтээс хамгаалахгүй.

Энэ чиглэлд ч гэсэн бүх зүйл хөгжиж, зогсохгүй байхыг хичээж байхад. Тухайлбал, Наньян технологийн их сургуулийн (Сингапур) эрдэмтэд боловсруулсан дээд амжилт тогтоосон шинэ төрлийн лити-ион батерей … Нэгдүгээрт, 2 минутын дотор хамгийн дээд хүчин чадлынхаа 70% хүртэл цэнэглэнэ. Хоёрдугаарт, батерей нь 20 гаруй жилийн турш бараг муудахгүй ажиллаж байна.

Цаашид бид юу хүлээж болох вэ?

Натри

Олон судлаачдын үзэж байгаагаар энэ шүлтлэг метал нь үнэтэй, ховор литийг орлуулах ёстой бөгөөд үүнээс гадна химийн идэвхтэй, галын аюултай. Натрийн батерейны ажиллах зарчим нь литийнхтэй төстэй - цэнэгийг дамжуулахын тулд металл ионыг ашигладаг.

Олон жилийн турш янз бүрийн лаборатори, хүрээлэнгийн эрдэмтэд натрийн технологийн сул тал болох удаан цэнэглэлт, бага гүйдэл зэрэгтэй тэмцэж ирсэн. Тэдний зарим нь асуудлыг шийдэж чадсан. Жишээлбэл, poadBit батерейны үйлдвэрлэлийн өмнөх дээжийг таван минутын дотор цэнэглэж, нэг хагасаас хоёр дахин их хүчин чадалтай. Европт инновацийн радарын шагнал, Эврика Инновестийн шагнал болон бусад хэд хэдэн шагналыг авсны дараа компани нь гэрчилгээжүүлэх, үйлдвэр барих, патент авах зэрэг ажилд шилжсэн.

Графен

Графен бол нэг атомын зузаантай нүүрстөрөгчийн атомын хавтгай болор тор юм. Цэнэг хадгалах чадвартай авсаархан хэмжээтэй асар том гадаргуугийн талбайн ачаар графен нь авсаархан суперконденсаторуудыг бий болгоход тохиромжтой шийдэл юм.

10,000 Фарад хүртэл хүчин чадалтай туршилтын загварууд аль хэдийн байна! Ийм супер конденсаторыг Sunvault Energy компани Edison Power-тэй хамтран бүтээжээ. Ирээдүйд эрчим хүч нь бүхэл бүтэн байшинг тэжээхэд хангалттай загвар гаргах болно гэж хөгжүүлэгчид мэдэгдэв.

Ийм суперконденсаторууд нь маш олон давуу талтай байдаг: бараг л шууд цэнэглэх боломж, байгаль орчинд ээлтэй, аюулгүй байдал, нягтрал, мөн хямд өртөгтэй. 3D принтер дээр хэвлэхтэй адил графен үйлдвэрлэх шинэ технологийн ачаар Sunvault батерейны үнийг лити-ион технологиос бараг арав дахин бага зардлаа амлаж байна. Гэсэн хэдий ч аж үйлдвэрийн үйлдвэрлэл хол хэвээр байна.

Sanvault бас өрсөлдөгчидтэй. Австралийн Свинберн их сургуулийн хэсэг эрдэмтэд мөн лити-ион батерейтай дүйцэхүйц багтаамжтай графен суперконденсаторыг бүтээжээ. Үүнийг хэдхэн секундын дотор цэнэглэх боломжтой. Нэмж дурдахад энэ нь уян хатан бөгөөд энэ нь янз бүрийн хэлбэрийн хүчин зүйлүүд, тэр ч байтугай ухаалаг хувцас өмсөхөд ашиглах боломжийг олгоно.

Атомын батерейнууд

Цөмийн батерей маш үнэтэй хэвээр байна. Хэдэн жилийн өмнө байсан Цөмийн батерейны талаарх мэдээлэл энд байна. Ойрын ирээдүйд тэд танил болсон лити-ион батерейтай өрсөлдөх боломжгүй болно, гэхдээ 50 жилийн турш тасралтгүй эрчим хүч үйлдвэрлэж байгаа эх үүсвэрүүд нь цэнэглэдэг батерейгаас хамаагүй илүү сонирхолтой байдаг тул бид тэдгээрийг дурдахгүй байхын аргагүй юм.

Тэдний ажиллах зарчим нь нэг ёсондоо нарны эсүүдийн үйл ажиллагаатай төстэй бөгөөд зөвхөн нарны оронд тэдгээрийн энергийн эх үүсвэр нь бета цацраг бүхий изотопууд бөгөөд дараа нь хагас дамжуулагч элементүүдэд шингэдэг.

Гамма цацрагаас ялгаатай нь бета цацраг нь бараг хор хөнөөлгүй юм. Энэ нь цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн урсгал бөгөөд тусгай материалын нимгэн давхаргаар амархан хамгаалагдсан байдаг. Мөн агаарт идэвхтэй шингэдэг.

Өнөөдөр ийм батерейг хөгжүүлэх ажлыг олон институт хийж байна. ОХУ-д NUST MISIS, MIPT, NPO Luch нар энэ чиглэлээр хамтран ажиллахаа зарлав. Өмнө нь үүнтэй төстэй төслийг Томскийн Политехникийн их сургууль эхлүүлсэн. Хоёр төсөлд үндсэн бодис нь никель-62 изотопыг цөмийн реакторт нейтрон цацрагаар цацраг химийн боловсруулалт хийж, хийн центрифугт ялган авах замаар олж авсан никель-63 юм. Зайны анхны загвар 2017 онд бэлэн болох ёстой.

Гэсэн хэдий ч ийм бета-вольтийн тэжээлийн эх үүсвэрүүд нь бага чадалтай бөгөөд маш үнэтэй байдаг. ОХУ-ын хөгжлийн хувьд бяцхан эрчим хүчний эх үүсвэрийн тооцоолсон өртөг нь 4.5 сая рубль хүртэл байж болно.

Никель-63 ч бас өрсөлдөгчидтэй. Жишээлбэл, Миссуригийн их сургууль стронций-90-ийг удаан хугацаанд туршиж үзсэн бөгөөд тритиум дээр суурилсан бяцхан бета-вольт батерейг худалдаанаас олж болно. Мянган долларын үнээр тэд янз бүрийн зүрхний аппарат, мэдрэгчийг тэжээх эсвэл лити-ион батерейг өөрөө цэнэглэх чадвартай.

Мэргэжилтнүүд одоогоор тайван байна

Анхны натрийн батерейг олноор нь үйлдвэрлэх хандлага, графен эрчим хүчний хангамжийн талаар идэвхтэй ажиллаж байгаа хэдий ч салбарын мэргэжилтнүүд ойрын хэдэн жилд ямар нэгэн хувьсгал гарахыг урьдчилан таамаглахгүй байна.

Орост лити-ион батерей үйлдвэрлэдэг, Руснаногийн жигүүрийн дор үйл ажиллагаа явуулдаг Литеко компани одоогоор зах зээлийн өсөлт удаашрах шалтгаан байхгүй гэж үзэж байна. "Лити-ион батерейны тогтвортой эрэлт нь юуны түрүүнд тэдний өндөр хувийн энергитэй (масс эсвэл эзэлхүүний нэгжид хадгалагддаг) холбоотой юм. Энэ параметрийн дагуу тэд одоогийн байдлаар цувралаар үйлдвэрлэсэн химийн цэнэглэдэг эрчим хүчний эх үүсвэрүүдийн дунд өрсөлдөгч байхгүй байна." компани дахь сэтгэгдэл.

Гэсэн хэдий ч, ижил натрийн poadBit батерейг арилжааны амжилтанд хүрсэн тохиолдолд зах зээлийг хэдэн жилийн дотор дахин форматлах боломжтой. Эзэмшигч, хувьцаа эзэмшигчид шинэ технологиор нэмэлт мөнгө олохыг хүсэхгүй л бол.