211service.com
Kvantu lēciens akumulatoru dizainā
Digitālā kvantu akumulatora koncepcija, ko ierosināja fiziķis Ilinoisas Universitātē Urbana-Champaign, varētu ievērojami palielināt enerģijas uzglabāšanas jaudu, ja tā atbilst teorētiskajam potenciālam pēc uzbūvēšanas.
Koncepcija prasa miljardiem nanomēroga kondensatoru, un tā balstītos uz kvantu efektiem — dīvainām parādībām, kas notiek atomu lieluma mērogos, lai palielinātu enerģijas uzglabāšanu. Parastie kondensatori sastāv no viena makro mēroga vadošu plākšņu vai elektrodu pāra, kas atdalīti ar izolācijas materiālu. Pieliekot spriegumu, izolācijas materiālā tiek izveidots elektriskais lauks, uzglabājot enerģiju. Bet visas šādas ierīces spēj noturēt tikai tik lielu lādiņu, pēc kura starp elektrodiem notiek loka izkliedēšana, tērējot uzkrāto jaudu.
Ja kondensatori tā vietā tiktu būvēti kā nanomēroga bloki — un tas ir būtiski, ar elektrodiem, kas atrodas aptuveni 10 nanometru (vai 100 atomu) attālumā viens no otra — kvantu efektiem vajadzētu nomākt šādu loka izbūvi. Jau gadiem ilgi pētnieki ir atzinuši, ka nanomēroga kondensatoriem ir neparasti lieli elektriskie lauki, kas liecina, ka ierīču nelielais mērogs bija atbildīgs par enerģijas zuduma novēršanu. Bet cilvēki neapzinājās, ka liels elektriskais lauks nozīmē lielu enerģijas blīvumu un to var izmantot enerģijas uzkrāšanai, kas daudz pārspēj visu, kas mums ir šodien, saka Alfrēds Hablers, Ilinoisas fiziķis un vadošais autors. papīrs izklāstot koncepciju, kas jāpublicē žurnālā Sarežģītība .
Hablers apgalvo, ka iegūtais jaudas blīvums (ātrums, ar kādu enerģiju var uzglabāt vai atbrīvot) varētu būt daudzkārt lielāks, un enerģijas blīvums (enerģijas daudzums, ko var uzglabāt) divas līdz desmit reizes lielāks nekā iespējams ar mūsdienu labāko litiju. -jonu un citas akumulatoru tehnoloģijas.
Turklāt digitālās kvantu baterijas var izgatavot, izmantojot esošās litogrāfisko mikroshēmu ražošanas tehnoloģijas, izmantojot lētus, netoksiskus materiālus, piemēram, dzelzi un volframu, uz silīcija substrāta, viņš saka. Iegūtās ierīces, absorbējot un atbrīvojot elektronus, principā iztērētu maz enerģijas vai tās nemaz netērētu. Hablers saka, ka, iespējams, būs iespējams izveidot galda prototipu viena gada laikā.
Tomēr šodien digitālās kvantu baterijas ir tikai patentēta pētniecības koncepcija. Hublers ir pieteicies Aizsardzības progresīvo pētījumu projektu aģentūras finansējumam, lai izstrādātu šādu prototipu, taču koncepcija rada ievērojamas problēmas. Nav skaidrs, vai nanoizstrādātie materiāli nesadalīsies, tiklīdz tie ir piepildīti ar enerģiju, saka Džoels Šindals MIT elektrotehnikas profesors.
Bet Šindāls arī saka, ka koncepcijai ir nopelni. Esmu piesardzīgi ieintriģēts, jo viņam ir daži likumīgi argumenti tam, ka šajos kvantu dimensijās enerģijas uzkrāšanas efekts vismaz tiek prognozēts ievērojami, saka Šindāls. Pirmais izaicinājums ir: vai viņa pieņēmumi ir pareizi, vai arī ir kādas citas parādības, kuras nav aplūkotas un kas traucē?
Dažos veidos šī koncepcija atspoguļo esošās mikro- un nanoelektroniskās ierīces. Ja paskatās uz to no digitālās elektronikas perspektīvas, tas ir tikai zibatmiņas disks, saka Hublers. Ja paskatās no elektrotehnikas perspektīvas, jūs teiktu, ka tās ir miniatūras vakuuma lampas, piemēram, plazmas televizoros. Ja jūs runājat ar fiziķi, tas ir kondensatoru tīkls.
Koncepcijas digitālā daļa izriet no tā, ka katra nanovakuuma caurule būtu individuāli adresējama. Šī iemesla dēļ ierīces, iespējams, varētu izmantot arī datu glabāšanai.
Pastāv arī citas metodes kondensatoru veiktspējas uzlabošanai. Uzlabotās versijas, ko sauc par ultrakondensatoriem, var uzglabāt ievērojamu enerģiju un darboties ātrāk, palielinot elektrodu virsmas laukumu un izmantojot elektrolītu. Schindall grupa ir palielinājusi tradicionālo ultrakondensatoru uzlādes un izlādes ātrumu un uzglabāšanas jaudu, izmantojot oglekļa nanocaurules, nevis aktivēto ogli uz elektroda virsmas. Būtībā tas palielina elektroda virsmas laukumu.
Schindall dizaina priekšrocības — palielināta jauda un enerģijas blīvums — varētu būt ļoti svarīgas tādām lietojumprogrammām kā, piemēram, milzīgu enerģijas impulsu ātra uzsūkšana no vēja turbīnu vai saules bloku lauka. Turklāt viņa komanda faktiski ir izveidojusi galda ierīci. Negatīvā puse ir tāda, ka noteiktas materiāla masas enerģijas blīvums joprojām būtu nedaudz zemāks nekā litija jonu akumulatoriem.
Lai gan Hublers vēl neko nav uzbūvējis, viņš atzīmē, ka 2005. gadā Korejas pētnieku grupa pierādīja, ka nanomēroga kondensatorus var izgatavot. Tomēr Hublera ierīcei joprojām būtu nepieciešami miljardiem vai pat triljoniem šādu ierīču.
Es pilnībā piekrītu, ka mums ir ļoti nepieciešami jauni elektroenerģijas uzglabāšanas veidi, saka Šindāls. Lai gan tas var konkurēt ar to, ko daru, es novēlu viņam vislielākos panākumus un ceru, ka tas izdosies.