تقنيات المستقبل التي لا تريد أن تترجم إلى العالم

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

من وجهة نظري ، هذه هي الحيل المعتادة للطفيليات. وكل هذا من أجل الربح فقط!

بالنسبة للحضارة الحالية ، حدث كل هذا في زمن تسلا. لكن الطفيليات أدركت بوضوح أنه إذا كان لدى الناس إمكانية الوصول إلى الطاقة المجانية ، فسوف ينتهي بهم الأمر.

تم إخفاء جميع الاختراعات تحت القماش ، حيث هي الآن كلها.

وسيستمر هذا حتى اللحظة التي لا يدفن فيها التطور الحالي لـ "العلم" نفسه في مأزق حقيقي. وإما أن تستسلم الطفيليات وتفتح صندوقًا باختراعات جميع العلماء الذين قتلوا (وهو أمر غير مرجح).

أو ستحاول الطفيليات مرة أخرى ترتيب كارثة على نطاق كوكبي من أجل إعادة الجميع إلى العصر الحجري والبدء من جديد - بالنسبة لهم هذا هو الخيار المثالي.

ما الذي سوف "نأكله" معه؟

إنها مفارقة ، ولكن على الرغم من المسار الهائل الذي سلكته الإلكترونيات على مدار الثلاثين عامًا الماضية ، لا تزال جميع الأجهزة المحمولة مزودة ببطاريات ليثيوم أيون ، والتي دخلت السوق في وقت مبكر من عام 1991 ، عندما كان مشغل الأقراص المضغوطة المعتاد هو ذروة الهندسة الفكر في التكنولوجيا المحمولة.

يتم تسوية العديد من الخصائص المفيدة للعينات الجديدة في الإلكترونيات والأدوات من خلال الوقت الضئيل لإمداد الطاقة لهذه الأجهزة من بطارية متنقلة. كان الصابون العلمي والمخترعون قد تقدموا للأمام منذ وقت طويل ، لكن تم الاحتفاظ بهم بواسطة "مرساة" البطارية.

دعونا نلقي نظرة على التقنيات التي يمكن أن تغير عالم الإلكترونيات في المستقبل.

أولا ، القليل من التاريخ

في أغلب الأحيان ، تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion) في الأجهزة المحمولة (أجهزة الكمبيوتر المحمولة ، والهواتف المحمولة ، وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي وغيرها). ويرجع ذلك إلى مزاياها على بطاريات هيدريد معدن النيكل (Ni-MH) وبطاريات النيكل والكادميوم (Ni-Cd) المستخدمة على نطاق واسع.

بطاريات Li-ion لها معلمات أفضل بكثير. ومع ذلك ، يجب ألا يغيب عن البال أن بطاريات Ni-Cd لها ميزة مهمة واحدة: القدرة على توفير تيارات تفريغ عالية. هذه الخاصية ليست مهمة للغاية عند تشغيل أجهزة الكمبيوتر المحمولة أو الهواتف المحمولة (حيث تصل حصة Li-ion إلى 80٪ وتزداد حصتها أكثر فأكثر) ، ولكن هناك عددًا قليلاً جدًا من الأجهزة التي تستهلك تيارات عالية ، على سبيل المثال ، جميع الأنواع عدد الأدوات الكهربائية وآلات الحلاقة الكهربائية ، إلخ. P. حتى الآن ، كانت هذه الأجهزة بشكل حصري تقريبًا مجال بطاريات Ni-Cd. ومع ذلك ، في الوقت الحالي ، وخاصة فيما يتعلق بتقييد استخدام الكادميوم وفقًا لتوجيهات RoHS ، تم تكثيف البحث حول إنشاء بطاريات خالية من الكادميوم بتيار تفريغ عالي.

ظهرت الخلايا الأولية ("البطاريات") ذات أنود الليثيوم في أوائل السبعينيات من القرن العشرين وسرعان ما وجدت تطبيقًا بسبب طاقتها النوعية العالية ومزايا أخرى. وبالتالي ، فقد تحققت الرغبة الطويلة الأمد في إنشاء مصدر تيار كيميائي مع عامل الاختزال الأكثر نشاطًا ، وهو معدن قلوي ، مما جعل من الممكن زيادة كل من جهد التشغيل للبطارية وطاقتها المحددة بشكل كبير. إذا توج تطوير الخلايا الأولية مع أنود الليثيوم بنجاح سريع نسبيًا واحتلت هذه الخلايا مكانها بقوة كمصادر طاقة للمعدات المحمولة ، فإن إنشاء بطاريات الليثيوم واجه صعوبات أساسية ، استغرق التغلب عليها أكثر من 20 عامًا.

بعد الكثير من الاختبارات طوال الثمانينيات ، اتضح أن مشكلة بطاريات الليثيوم ملتوية حول أقطاب الليثيوم. بتعبير أدق ، حول نشاط الليثيوم: أدت العمليات التي حدثت أثناء العملية ، في النهاية ، إلى تفاعل عنيف يسمى "التهوية مع انبعاث اللهب". في عام 1991 ، تم سحب عدد كبير من بطاريات الليثيوم القابلة لإعادة الشحن إلى المصانع ، والتي تم استخدامها لأول مرة كمصدر للطاقة للهواتف المحمولة.والسبب هو أنه أثناء المحادثة ، عندما يكون الاستهلاك الحالي هو الحد الأقصى ، انبعث لهب من البطارية ، مما أدى إلى حرق وجه مستخدم الهاتف المحمول.

نظرًا لعدم الاستقرار المتأصل في الليثيوم المعدني ، خاصة أثناء الشحن ، انتقل البحث إلى مجال إنشاء بطارية دون استخدام Li ، ولكن باستخدام أيوناتها. على الرغم من أن بطاريات الليثيوم أيون توفر كثافة طاقة أقل بشكل طفيف من بطاريات الليثيوم ، إلا أن بطاريات Li-ion آمنة عند تزويدها بظروف الشحن والتفريغ الصحيحة. ومع ذلك ، هم ليست محصنة ضد الانفجارات.

في هذا الاتجاه أيضًا ، بينما يحاول كل شيء أن يتطور ولا يقف ساكنًا. على سبيل المثال ، تطور علماء من جامعة نانيانغ التكنولوجية (سنغافورة) نوع جديد من بطاريات الليثيوم أيون بأداء يحطم الأرقام القياسية … أولاً ، يتم شحنها في دقيقتين إلى 70٪ من سعتها القصوى. ثانيًا ، تعمل البطارية تقريبًا دون تدهور لأكثر من 20 عامًا.

ماذا يمكن أن نتوقع بعد ذلك؟

صوديوم

وفقًا للعديد من الباحثين ، يجب أن يحل هذا المعدن القلوي محل الليثيوم الباهظ الثمن والنادر ، والذي ، علاوة على ذلك ، نشط كيميائيًا وخطيرًا للحريق. يشبه مبدأ تشغيل بطاريات الصوديوم الليثيوم - فهي تستخدم أيونات معدنية لنقل الشحنة.

لسنوات عديدة ، كافح علماء من مختبرات ومعاهد مختلفة مع عيوب تقنية الصوديوم ، مثل الشحن البطيء والتيارات المنخفضة. تمكن بعضهم من حل المشكلة. على سبيل المثال ، يتم شحن عينات ما قبل الإنتاج من بطاريات poadBit في غضون خمس دقائق وتكون طاقتها مرة ونصف إلى ضعف السعة. بعد حصولها على العديد من الجوائز في أوروبا ، مثل جائزة Innovation Radar Award وجائزة Eureka Innovest Award والعديد من الجوائز الأخرى ، انتقلت الشركة إلى إصدار الشهادات وبناء المصنع والحصول على براءات الاختراع.

الجرافين

الجرافين عبارة عن شبكة بلورية مسطحة من ذرات الكربون بسمك ذرة واحدة. بفضل مساحة سطحه الضخمة في حجم مضغوط ، قادر على تخزين الشحن ، يعد الجرافين حلاً مثاليًا لإنشاء مكثفات فائقة مضغوطة.

توجد بالفعل نماذج تجريبية بسعة تصل إلى 10000 فاراد! تم إنشاء مثل هذا المكثف الفائق بواسطة Sunvault Energy بالاشتراك مع Edison Power. يدعي المطورون أنهم سيقدمون في المستقبل نموذجًا ، ستكون طاقته كافية لتشغيل منزل بأكمله.

تتمتع هذه المكثفات الفائقة بالعديد من المزايا: إمكانية الشحن الفوري تقريبًا ، والملاءمة البيئية ، والسلامة ، والاكتناز ، وكذلك التكلفة المنخفضة. بفضل التكنولوجيا الجديدة لإنتاج الجرافين ، على غرار الطباعة على طابعة ثلاثية الأبعاد ، تعد Sunvault بتكلفة بطاريات أقل بعشر مرات تقريبًا من تكلفة تقنيات أيونات الليثيوم. ومع ذلك ، فإن الإنتاج الصناعي لا يزال بعيد المنال.

لدى Sanvault أيضًا منافسون. كما كشفت مجموعة من العلماء من جامعة سوينبيرن بأستراليا عن مكثف فائق من الجرافين ، والذي يمكن مقارنته من حيث السعة ببطاريات الليثيوم أيون. يمكن شحنها في بضع ثوان. بالإضافة إلى ذلك ، فهو مرن ، مما يسمح باستخدامه في الأجهزة ذات الأشكال المختلفة ، وحتى في الملابس الذكية.

البطاريات الذرية

البطاريات النووية لا تزال باهظة الثمن. قبل عامين كان هناك هنا معلومات عن البطارية النووية.في المستقبل القريب ، لن يكونوا قادرين على التنافس مع بطاريات الليثيوم أيون المألوفة ، لكن لا يسعنا إلا أن نذكرها ، لأن المصادر التي تولد الطاقة باستمرار لمدة 50 عامًا أكثر إثارة للاهتمام من البطاريات القابلة لإعادة الشحن.

يشبه مبدأ عملها ، إلى حد ما ، تشغيل الخلايا الشمسية ، فقط بدلاً من الشمس ، مصدر الطاقة فيها هو نظائر بإشعاع بيتا ، والذي يتم امتصاصه بعد ذلك بواسطة عناصر أشباه الموصلات.

على عكس إشعاع جاما ، فإن إشعاع بيتا غير ضار عمليًا. إنه تيار من الجسيمات المشحونة ويمكن حمايته بسهولة بواسطة طبقات رقيقة من المواد الخاصة.كما يمتصه الهواء بنشاط.

اليوم ، يتم تطوير هذه البطاريات في العديد من المعاهد. في روسيا ، أعلنت NUST MISIS و MIPT و NPO Luch عن عملهم المشترك في هذا الاتجاه. في وقت سابق ، تم إطلاق مشروع مماثل من قبل جامعة تومسك بوليتكنيك. في كلا المشروعين ، المادة الرئيسية هي النيكل -63 ، التي تم الحصول عليها عن طريق التشعيع النيوتروني لنظير النيكل -62 في مفاعل نووي مع مزيد من المعالجة الكيميائية الإشعاعية والفصل في أجهزة الطرد المركزي للغاز. يجب أن يكون النموذج الأولي الأول للبطارية جاهزًا في عام 2017.

ومع ذلك ، فإن مصادر الطاقة بيتا الفولتية منخفضة الطاقة ومكلفة للغاية. في حالة التطور الروسي ، يمكن أن تصل التكلفة التقديرية لمصدر طاقة مصغر إلى 4.5 مليون روبل.

لدى Nickel-63 أيضًا منافسون. على سبيل المثال ، كانت جامعة ميسوري تختبر السترونتيوم 90 لفترة طويلة ، ويمكن العثور على بطاريات بيتا فولتية مصغرة تعتمد على التريتيوم تجاريًا. وبسعر يقارب ألف دولار ، فإنهم قادرون على تشغيل العديد من أجهزة تنظيم ضربات القلب ، وأجهزة الاستشعار ، أو تعويض التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم أيون.

الخبراء هادئون في الوقت الحالي

على الرغم من نهج الإنتاج الضخم لأول بطاريات الصوديوم والعمل النشط على إمدادات طاقة الجرافين ، لا يتوقع خبراء الصناعة أي ثورات في السنوات القليلة المقبلة.

تعتقد شركة Liteko ، التي تعمل تحت جناح Rusnano وتنتج بطاريات أيونات الليثيوم في روسيا ، أنه لا توجد أسباب لتباطؤ نمو السوق حتى الآن. "إن الطلب الثابت على بطاريات الليثيوم أيون يرجع أساسًا إلى طاقتها النوعية العالية (المخزنة لكل وحدة كتلة أو حجم). وفقًا لهذه المعلمة ، ليس لديهم منافسين بين مصادر الطاقة الكيميائية القابلة لإعادة الشحن المنتجة في سلسلة في الوقت الحالي ،" من التعليقات في الشركة.

ومع ذلك ، في حالة النجاح التجاري لنفس بطاريات poadBit الصوديوم ، يمكن إعادة تهيئة السوق في غضون سنوات. ما لم يرغب المالكون والمساهمون في كسب أموال إضافية على التكنولوجيا الجديدة.