טכנולוגיות העתיד שלא רוצות לתרגם לעולם

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

מנקודת המבט שלי, אלו הטריקים הרגילים של טפילים. וכל זה נעשה רק למען הרווח (רווח)!

עבור הציוויליזציה הנוכחית, כל זה קרה בתקופת טסלה. אבל הטפילים הבינו אז בבירור שאם לאנשים תהיה גישה לאנרגיה חופשית, הם יסתיימו.

כל ההמצאות הוסתרו מתחת לבד, היכן שכולן נמצאות כעת.

וזה יימשך עד לרגע שבו ההתפתחות הנוכחית של ה"מדע" אינה קוברת את עצמה במבוי סתום של ממש. או שהטפילים ייכנעו ויפתחו חזה עם ההמצאות של כל המדענים שהם הרגו (וזה לא סביר).

או שהטפילים ינסו שוב לארגן קטסטרופה בקנה מידה פלנטרי כדי להחזיר את כולם לתקופת האבן ולהתחיל מחדש - עבורם זו האופציה האידיאלית.

עם מה אנחנו הולכים "לאכול"?

זה פרדוקס, אבל למרות הדרך האדירה שעשתה האלקטרוניקה ב-30 השנים האחרונות, כל המכשירים הניידים עדיין מצוידים בסוללות ליתיום-יון, שנכנסו לשוק כבר ב-1991, כשנגן התקליטורים הרגיל היה פסגת ההנדסה. מחשבה בטכנולוגיה ניידת.

מאפיינים שימושיים רבים של דוגמאות חדשות בתחום האלקטרוניקה והגאדג'טים מפולסים על ידי הזמן המועט של אספקת החשמל של מכשירים אלה מסוללה ניידת. סבון מדעי וממציאים היו צועדים קדימה מזמן, אבל הם נשמרים על ידי ה"עוגן" של הסוללה.

בואו נסתכל אילו טכנולוגיות יכולות לשנות את עולם האלקטרוניקה בעתיד.

ראשית, קצת היסטוריה

לרוב, סוללות ליתיום-יון (Li-ion) משמשות במכשירים ניידים (מחשבים ניידים, טלפונים ניידים, מחשבי כף יד ואחרים). זה נובע מהיתרונות שלהם על פני סוללות ניקל-מתכת הידריד (Ni-MH) וניקל-קדמיום (Ni-Cd) בשימוש נרחב בעבר.

לסוללות Li-ion יש פרמטרים הרבה יותר טובים. עם זאת, יש לזכור שלסוללות Ni-Cd יש יתרון חשוב אחד: היכולת לספק זרמי פריקה גבוהים. תכונה זו אינה חשובה באופן קריטי בעת הפעלת מחשבים ניידים או טלפונים סלולריים (כאשר נתח ה-Li-ion מגיע ל-80% וחלקם הופך ליותר ויותר), אך ישנם לא מעט מכשירים שצורכים זרמים גבוהים, למשל, כל מיני סוגים. של כלי עבודה חשמליים, מכונות גילוח חשמליות וכו' P. עד כה, מכשירים אלו היו כמעט אך ורק נחלתם של סוללות Ni-Cd. אולם, נכון להיום, במיוחד בקשר להגבלת השימוש בקדמיום בהתאם להנחיית RoHS, התגבר המחקר על יצירת סוללות נטולות קדמיום עם זרם פריקה גבוה.

תאים ראשוניים ("סוללות") עם אנודת ליתיום הופיעו בתחילת שנות ה-70 של המאה ה-20 ומצאו במהירות שימוש בשל האנרגיה הספציפית הגבוהה שלהם ויתרונות נוספים. כך התממש הרצון רב השנים ליצור מקור זרם כימי עם חומר ההפחתה הפעיל ביותר, מתכת אלקלית, מה שאיפשר להגדיל באופן דרמטי הן את מתח הפעולה של הסוללה והן את האנרגיה הספציפית שלה. אם הפיתוח של תאים ראשוניים עם אנודת ליתיום הוכתר בהצלחה מהירה יחסית ותאים כאלה תפסו היטב את מקומם כספקי כוח לציוד נייד, אז יצירת סוללות ליתיום נתקלה בקשיים מהותיים, שלקח יותר מ-20 שנה להתגבר עליהם.

לאחר בדיקות רבות לאורך שנות ה-80, התברר שהבעיה של סוללות ליתיום מפותלת סביב אלקטרודות הליתיום. ליתר דיוק, סביב פעילות הליתיום: התהליכים שהתרחשו במהלך הפעולה, הובילו בסופו של דבר לתגובה אלימה, הנקראת "אוורור עם פליטת להבה". בשנת 1991 הוחזרו למפעלי הייצור מספר רב של סוללות ליתיום נטענות, ששימשו לראשונה כמקור כוח לטלפונים ניידים.הסיבה היא שבמהלך שיחה, כאשר הצריכה הנוכחית היא מקסימלית, נפלטה להבה מהסוללה ששרפה את פניו של המשתמש בטלפון הנייד.

בשל חוסר היציבות הגלומה בליתיום מתכתי, בעיקר בזמן הטעינה, המחקר עבר לתחום יצירת סוללה ללא שימוש ב-Li, אלא באמצעות היונים שלה. למרות שסוללות ליתיום-יון מספקות צפיפות אנרגיה נמוכה במעט מסוללות ליתיום, סוללות ליתיום-יון בטוחות כאשר הן מסופקות בתנאי טעינה ופריקה נכונים. עם זאת, הם לא חסין מפני פיצוצים.

גם בכיוון הזה, כשהכל מנסה להתפתח ולא לעמוד במקום. לדוגמה, מדענים מהאוניברסיטה הטכנולוגית נאניאנג (סינגפור) פיתחו סוג חדש של סוללת ליתיום-יון עם ביצועים שוברי שיאים … ראשית, הוא נטען תוך 2 דקות עד 70% מהקיבולת המרבית שלו. שנית, הסוללה עובדת כמעט ללא השפלה כבר יותר מ-20 שנה.

למה אנחנו יכולים לצפות בהמשך?

נתרן

לדברי חוקרים רבים, מתכת אלקלית זו היא שאמורה להחליף את הליתיום היקר והנדיר, אשר יתר על כן, הוא פעיל מבחינה כימית ומסוכן לשריפה. עקרון הפעולה של סוללות נתרן דומה לליתיום - הן משתמשות ביוני מתכת להעברת מטען.

במשך שנים רבות נאבקו מדענים ממעבדות וממכונים שונים בחסרונות של טכנולוגיית הנתרן, כמו טעינה איטית וזרמים נמוכים. חלקם הצליחו לפתור את הבעיה. לדוגמה, דגימות טרום ייצור של סוללות poadBit נטענות תוך חמש דקות ובעלות קיבולת פי אחת וחצי עד פי שניים. לאחר שקיבלה מספר פרסים באירופה, כמו פרס Innovation Radar, פרס Eureka Innovest ועוד כמה, עברה החברה להסמכה, בניית מפעלים והשגת פטנטים.

גרפן

גרפן הוא סריג גביש שטוח של אטומי פחמן בעובי אטום אחד. הודות לשטח הפנים העצום שלו בנפח קומפקטי, המסוגל לאחסן מטען, הגרפן הוא פתרון אידיאלי ליצירת קבלי-על קומפקטיים.

יש כבר דגמים ניסיוניים עם קיבולת של עד 10,000 פאראד! קבל-על כזה נוצר על ידי Sunvault Energy בשיתוף עם אדיסון פאוור. היזמים טוענים שבעתיד יציגו דגם שהאנרגיה שלו תספיק להנעת בית שלם.

לקבלי-על כאלה יתרונות רבים: אפשרות לטעינה כמעט מיידית, ידידותיות לסביבה, בטיחות, קומפקטיות וגם עלות נמוכה. הודות לטכנולוגיה החדשה לייצור גרפן, בדומה להדפסה במדפסת תלת מימד, Sunvault מבטיחה את עלות הסוללות כמעט פי עשרה מזו של טכנולוגיות ליתיום-יון. עם זאת, הייצור התעשייתי עדיין רחוק.

לסנווולט יש גם מתחרים. קבוצת מדענים מאוניברסיטת סווינבורן, אוסטרליה, חשפה גם קבל-על של גרפן, אשר דומה בקיבולת לסוללות ליתיום-יון. ניתן להטעין תוך מספר שניות. בנוסף, הוא גמיש, מה שיאפשר להשתמש בו במכשירים בגורמי צורה שונים, ואפילו בבגדים חכמים.

סוללות אטומיות

סוללות גרעיניות עדיין יקרות מאוד. לפני שנתיים היה הנה המידע על הסוללה הגרעינית.בעתיד הקרוב הם לא יוכלו להתחרות בסוללות הליתיום-יון המוכרות, אבל אי אפשר שלא להזכיר אותן, כי מקורות שמייצרים אנרגיה ברציפות כבר 50 שנה מעניינים הרבה יותר מסוללות נטענות.

עקרון הפעולה שלהם, במובן מסוים, דומה לפעולת תאים סולאריים, רק שבמקום השמש, מקור האנרגיה בהם הוא איזוטופים עם קרינת בטא, שנספגת אז על ידי אלמנטים מוליכים למחצה.

בניגוד לקרינת גמא, קרינת בטא היא כמעט בלתי מזיקה. זהו זרם של חלקיקים טעונים והוא מוגן בקלות על ידי שכבות דקות של חומרים מיוחדים.זה גם נספג באופן פעיל באוויר.

כיום, פיתוח סוללות כאלה מתבצע במכונים רבים. ברוסיה, NUST MISIS, MIPT ו-NPO Luch הכריזו על עבודתם המשותפת בכיוון זה. מוקדם יותר, פרויקט דומה הושק על ידי האוניברסיטה הפוליטכנית של טומסק. בשני הפרויקטים, החומר העיקרי הוא ניקל-63, המתקבל על ידי הקרנת נויטרונים של איזוטופ ניקל-62 בכור גרעיני עם עיבוד רדיוכימי נוסף והפרדה בצנטריפוגות גז. אב הטיפוס הראשון של הסוללה אמור להיות מוכן ב-2017.

עם זאת, ספקי כוח בטא-וולטאיים כאלה הם בעלי הספק נמוך ויקרים ביותר. במקרה של פיתוח רוסי, העלות המשוערת של מקור כוח מיניאטורי יכולה להיות עד 4.5 מיליון רובל.

גם לניקל-63 יש מתחרים. לדוגמה, אוניברסיטת מיזורי עשתה ניסויים בסטרונציום-90 במשך זמן רב, וניתן למצוא סוללות בטא-וולטאיות מיניאטורות המבוססות על טריטיום באופן מסחרי. במחיר באזור של אלף דולר, הם מסוגלים להפעיל קוצבי לב, חיישנים שונים, או לפצות על פריקה עצמית של סוללות ליתיום-יון.

המומחים רגועים לעת עתה

למרות הגישה לייצור המוני של סוללות הנתרן הראשונות ועבודה פעילה על ספקי כוח גרפן, מומחים בתעשייה אינם צופים מהפכות לשנים הקרובות.

חברת Liteko, הפועלת תחת כנף Rusnano ומייצרת סוללות ליתיום-יון ברוסיה, סבורה כי אין סיבות להאטה בצמיחת השוק עד כה. "הביקוש הקבוע לסוללות ליתיום-יון נובע בעיקר מהאנרגיה הספציפית הגבוהה שלהן (מאוחסנת ליחידת מסה או נפח). לפי פרמטר זה, אין להן מתחרים בין מקורות הכוח הכימיים הנטענים המיוצרים בסדרה כרגע". הערות בחברה.

עם זאת, במקרה של הצלחה מסחרית של אותן סוללות נתרן poadBit, ניתן לאתחל מחדש את השוק תוך מספר שנים. אלא אם כן הבעלים ובעלי המניות רוצים להרוויח כסף נוסף על הטכנולוגיה החדשה.