Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Технологии

Новый гибкий термогенератор оборачивается вокруг труб, превращая тепло в электричество

27.01.2022 22:26:12 | Автор: admin

В повседневной жизни мы практически каждый день сталкиваемся с устройствами, которые в процессе эксплуатации нагреваются, впустую растрачивая свое тепло например, это могут быть двигатели, электроника или трубы горячего водоснабжения. Как заявляют ученые Университета штата Пенсильвания (PSU), они создали новый гибкий термоэлектрический генератор, который может оборачиваться вокруг горячих предметов и преобразовывать их тепло в электричество более эффективно, чем любые другие аналоги.

Большое количество тепла от энергии, которую мы потребляем, по сути, выбрасывается, зачастую рассеиваясь прямо в атмосферу, - говорит Шашанк Прия, профессор материаловедения и инженерии в PSU. - У нас не было доступных решений с конформными формами, позволяющими улавливать и преобразовывать это тепло в полезную энергию. Наше исследование открывает новые возможности.

Американские исследователи работают над улучшением характеристик термоэлектрических генераторов устройств, которые могут преобразовывать разницу температур в электричество. Термоэлектрические системы генерируют электроэнергию за счет разницы температур в разных частях материала. Она вызывает перемещение электронов из более теплой зоны в холодную, то есть создает электрический ток.

Ранее инженеры PSU создавали термогенераторы на основе жестких конструкций, которые были более эффективными, чем коммерческие устройства в высокотемпературных приложениях. Теперь же им удалось разработать новый производственный процесс для производства гибких устройств, обеспечивающих более высокую выходную мощность и эффективность.

Эти результаты открывают многообещающий путь к широкому использованию термоэлектрической технологии для рекуперации отработанного тепла, сказал Вэньцзе Ли, доцент-исследователь PSU. - Это может оказать значительное влияние на разработку коммерческих преобразователей тепла в электроэнергию.

Гибкие термогенераторы идеально подходят для наиболее привлекательных источников отработанного тепла, таких как трубы в промышленных и жилых зданиях или выхлопные системы автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. И их не нужно приклеивать к поверхностям, как традиционные жесткие устройства, в ходе чего теряется их КПД.

В результате тестов, проводимых на горячем воздуховоде, новое устройство продемонстрировало на 150% более высокую удельную мощность, чем другие современные аналоги. Увеличенная версия, площадью чуть более 7 квадратных сантиметров, сохранила преимущество в удельной мощности на 115%. По словам ученых, им удалось добиться выходной мощности 56,6 Вт при размещении на горячей поверхности. Их работа была опубликована в журнале Applied Materials & Interfaces.

Только представьте себе промышленную электростанцию с трубами длиной в сотни метров, - говорит Прия. - Если вы сможете обернуть эти устройства вокруг такой большой площади, вы сможете генерировать киловатты энергии из тепла, которое обычно просто выбрасывается. Вы могли бы конвертировать сбрасываемое тепло во что-то полезное.

Новые термоэлектрические генераторы состоят из небольших пар, каждая из которых напоминает столик с двумя ножками. Большинство из этих элементов соединены вместе, обычно образуя плоское квадратное устройство. При его создании ученые разместили шесть пар вдоль тонкой полоски. Затем они использовали гибкую металлическую фольгу, чтобы соединить 12 полос вместе, создав устройство с 72 парами. Для повышения производительности между слоями каждой полоски был использован жидкий металл.

Промежутки между полосами обеспечивают гибкость, что позволяет соответствовать округлым формам. По словам ученых, зазоры также позволяют гибко изменять коэффициент заполнения или соотношение между площадью термоэлектрического материала и площадью теплообменника, что можно использовать для оптимизации устройств для различных источников тепла.

Источник: pubs.acs.org

Подробнее..
Категории: Технологии

Впервые робот-хирург провел операцию с помощью лапароскопии

28.01.2022 10:14:21 | Автор: admin

Некоторые автоматизированные системы для лапароскопии (метод хирургии, в котором операции проводят через небольшие отверстия) действительно делают определенные процедуры более безопасными и менее инвазивными, эти устройства по-прежнему обслуживаются хирургами-людьми. Теперь же создан новый хирургический робот, который впервые полностью самостоятельно выполнил сложную операцию.

Получившее название Smart Tissue Autonomous Robot (STAR), устройство с роботизированной рукой было разработано исследователями из Университета Джона Хопкинса.

Еще в 2016 году при операциях на свиньях было показано, что STAR не уступает опытным хирургам, а иногда и превосходит их в выполнении тонкой процедуры, известной как кишечный анастомоз аккуратное сшивание двух разъединенных концов тонкой кишки. Однако в то время роботу нужно было получить доступ к кишечнику через большой внешний разрез, и ему по-прежнему требовалось определенная помощь со стороны людей.

В последующих экспериментах улучшенная и более автоматизированная версия STAR успешно выполняла операцию лапароскопически это означает, что для входа и выхода хирургических инструментов требовались лишь небольшие разрезы. Более того, робот проделал это четыре раза (на четырех свиньях), что показало значительно лучшие результаты, чем люди, выполняющие ту же процедуру.

Кишечный анастомоз считается особенно сложной операцией, так как требует наложения нескольких швов на мягкие ткани с неизменно высокой степенью точности. Если какой-либо из швов будет неправильно наложен, может возникнуть кишечная непроходимость, что может иметь очень серьезные последствия для пациента.

Среди новых функций этой версии STAR специализированные инструменты для наложения швов, улучшенные системы визуализации (включая 3D-эндоскоп) и самое главное автономная система управления. Последняя адаптирует хирургический план в режиме реального времени, основываясь на зачастую непредсказуемых движениях мягких тканей кишечника.

Роботизированный анастомоз это один из способов гарантировать, что хирургические задачи, требующие высокой точности и воспроизводимости, могут выполняться с большей точностью и аккуратностью у каждого пациента, независимо от навыков хирурга, - сказал профессор Аксель Кригер, старший автор исследования. - Мы предполагаем, что это приведет к демократизированному хирургическому подходу к лечению с более предсказуемыми и последовательными результатами для пациентов.

Источник: hub.jhu.edu

Подробнее..
Категории: Технологии

Новый искусственный лист улавливает углекислый газ в 100 раз эффективнее аналогов

30.01.2022 16:23:13 | Автор: admin

Ученые из Университета Иллинойса в Чикаго (UIC) разработали искусственный лист, который может улавливать CO2 с эффективностью в 100 раз лучше, чем существующие аналогичные системы. В отличие подобных решений, которые работают в лабораториях с чистым углекислым газом в резервуарах под давлением, новая разработка может найти применение в реальном мире. Она способна улавливать углекислый газ из среды с более низкой его концентрацией (атмосферный воздух, промышленные выбросы), который в дальнейшем можно перерабатывать в топливо или в производстве различных материалов.

Наша система может быть развернута за пределами лаборатории, где она может сыграть значительную роль в сокращении выбросов парниковых газов в атмосферу благодаря высокому уровню улавливания углерода, относительно низкой стоимости и умеренному энергопотреблению, даже по сравнению с лучшими лабораторными системами, сказал Минеш Сингх, доцент кафедры химического машиностроения в UIC.

Используя разработанную ранее теоретическую концепцию, ученые модифицировали стандартную систему искусственных листьев с помощью недорогих материалов, включив в нее через электрически заряженную мембрану с градиентом воды (с сухой и влажной стороной).

На сухой стороне органический растворитель вступает в реакцию с доступным CO2, создавая на мембране концентрат бикарбоната или пищевой соды. По мере образования бикарбоната отрицательно заряженные ионы притягиваются через мембрану к положительно заряженному электроду в растворе на водной основе на влажной стороне мембраны. Жидкая среда растворяет бикарбонат обратно в углекислый газ, который затем можно высвободить и использовать в качестве топлива или других целей.

Электрический заряд используется для ускорения переноса бикарбоната через мембрану.

Новая система достаточно компактна и может разместиться в обычном рюкзаке. В ходе тестов инженеры UIC обнаружили, что она обладает очень высокой степенью захвата углерода по сравнению с площадью поверхности, необходимой для реакций 3,3 миллимоля в час на 4 квадратных сантиметра. Это более чем в 100 раз лучше, чем у других систем, хотя для питания реакции требовалось лишь умеренное количество электроэнергии (0,4 кДж/час), что меньше, чем необходимо для горения светодиодной лампы мощностью 1 Вт. По подсчетам ученых, стоимость за тонну углекислого газа, полученного таким образом, составила 145 долларов, что вполне соответствует экономически целесообразному пределу в 200 долларов за тонну.

Особенно интересно, что это реальное применение искусственного листа, управляемого электродиализом, имело высокую эффективность с небольшой модульной площадью поверхности, сказал Сингх. - Это означает, что его можно штабелировать, модули можно добавлять или убирать для более точного соответствия потребностям и доступного использования в жилых домах и учебных заведениях, а не только в промышленных организациях. Небольшой модуль размером с бытовой увлажнитель может удалять более 1 кг CO2 в день, а четыре промышленных электродиализных стеллажа могут улавливать более 300 кг CO2 в час из дымовых газов.

Ученые UIC опубликовали данные о конструкции своего искусственного листа и результатах экспериментов в научной работе в журнале Energy & Environmental Science.

Источник: today.uic.edu

Подробнее..
Категории: Технологии

Новый электродвигатель Koenigsegg 355 л.с. и 600 Нм в 30-ти килограммах

02.02.2022 14:27:46 | Автор: admin

Шведский производитель спорткаров Koenigsegg представил электродвигатель собственной разработки, а также силовую установку на его основе. Мотор получил название Quark и развивает мощность 250 кВт (355 л.с.) и крутящий момент до 600 Нм при весе всего 30 кг.

Koenigsegg описывает компоновку системы электропривода как технологию Raxial Flux, то есть гибрид двигателя с осевым и радиальным магнитными потоками. Решение с осевым потоком, широко используемое в современных электродвигателях, в которых магнитное поле статора направлено параллельно оси вращения, обеспечивает высокий крутящий момент. Топология радиального потока (магнитное поле статора направлено радиально) увеличивает удельную мощность.

Двигатели с радиальным потоком все еще очень редки, такое устройство использовалось, например, в гибридной системе LaFerrari. В прошлом году Mercedes приобрел британского производителя электромоторов Yasa и планирует собирать разработанные им двигатели с радиальным потоком для своих новых высокопроизводительных электрокаров на основе платформ MMA и MB.EA.

Koenigsegg заявляет, что новая технология предлагает лучшее в отрасли соотношение крутящего момента к мощности и весу. Quark хорошо приспособлен для поддержки низкоскоростных режимов в гибридных приводах, за которыми может следовать резкое ускорение.

Для уменьшения массы нового двигателя его вал изготовлен из стали 300M, которая широко применяется в автоспорте и аэрокосмической отрасли, а ротор из углеродного волокна. По словам менеджера по развитию Андраша Секели, прямое охлаждение было выбрано из соображений эффективности и компактности. Он говорит, что без специальных функций возможно уменьшение веса мотора еще на 2 килограмма.

Имя Quark намекает на элементарные частицы. Кварки это единственные частицы, на которые действуют все четыре фундаментальные силы (электромагнетизм, гравитация, сильное и слабое ядерное взаимодействие).

Учитывая, что это также связано с тайной магнетизма, название Quark хорошо подходит для новой конструкции электродвигателя, - пишет компания в пресс-релизе. При его создании основы магнетизма, материалов, охлаждения и упаковки рассматривались по-новому, а не в соответствии с общепринятыми правилами.

Компания подчеркивает взаимосвязь крутящего момента, скорости, мощности и веса. Quark также может использоваться в морском и авиационном транспорте, при этом нет необходимости в понижающей трансмиссии вместо нее может задействоваться прямая передача.

Небольшие высокооборотные двигатели могут иметь более высокое отношение пиковой мощности к весу, но в большинстве приложений им требуются трансмиссии, чтобы достичь желаемых выходных оборотов и крутящего момента, что приводит к потерям энергии и увеличению веса и сложности для выполнения той же работы. Таким образом, любое преимущество в размере теряется, - говорят разработчики.

Хотя компания также рассматривает и другие варианты использования своего мотора, как уже упоминалось, ее основное внимание уделяется высокопроизводительным спортивным автомобилям. Поэтому Koenigsegg объединил два электропривода вместе с инвертором и планетарной коробкой передач для создания Terrier силовой установки с управляемым вектором тяги. В нем шестифазный инвертор способен независимо питать каждый двигатель Quark тремя фазами. Koenigsegg будет использовать Terrier в Gemera первом четырёхместном суперкаре компании. Его особенностью является то, что двигатель внутреннего сгорания мощностью около 450 кВт также не имеет коробки передач в нижнем диапазоне оборотов его берут на себя электродвигатели.

Источник: cision.com

Подробнее..
Категории: Технологии

Информационная батарея сохранит зеленую энергию в виде компьютерных вычислений

02.02.2022 18:15:09 | Автор: admin

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) могут спасти мир от разрушительных последствий изменения климата и уменьшить расходы на электроэнергию. Но по-настоящему раскрыть потенциал ВИЭ мешает проблема их нестабильности солнечные панели не способны генерировать энергию в ночное время, тогда как ветровые турбины могут остановиться из-за неблагоприятной погоды.

Кроме того, электрические сети необходимо балансировать в соответствии со спросом и предложением, иначе растет вероятность скачков напряжения и отключения электроэнергии. В результате, энергия из ВИЭ сбрасывается во время избыточного производства, в то время как в других случаях, электростанция сжигают ископаемое топливо для удовлетворения дефицита в сети.

В последние 5 лет наблюдается, что количество возобновляемой энергии, потраченное впустую в течении года в Калифорнии эквивалентно годовому энергопотреблению Лос-Анджелеса, - отмечает Барат Рагхаван, доцент Университета Южной Калифорнии (USC).

Эффективный аккумулятор считается ключом к решению проблемы нестабильности ВИЭ, способным сохранять энергию в периоды активности солнца и ветра. Но в настоящее время накопители энергии, в том числе литий-ионные батареи или гидроэлектростанции, являются дорогостоящими и сложными для масштабирования.

Ученые USC предложили использовать избытки энергии ВИЭ в виде компьютерных вычислений. Эта концепция получила название информационной батареи. Ее суть очень проста: когда возобновляемая энергия доступна в изобилии, она используется для выполнения заранее предусмотренных вычислений в крупных центрах обработки данных. Эти ЦОДы могут принадлежать IT-гигантам, вроде Google или Facebook, или, например, использоваться для рендеринга голливудских фильмов (энергопотребление таких объектов до 50 раз может превышать показатели типичного коммерческого здания). Сохраненные вычисления затем могут быть использованы в будущем, в периоды, когда зеленые источники не удовлетворяют спрос сети.

Мы получили подтверждения того, что если мы сможем прогнозировать возможные вычисления, которые могут потребоваться в будущем, мы можем сделать эти вычисления сейчас, пока есть доступная энергия, и сохранить результаты, полученные с ее использованием, - говорит Рагхаван.

Так, например, каждый день, центры обработки данных YouTube перекодируют более 700000 часов видео в различные разрешения. Многие из этих вычислений предсказуемы и могут быть выполнены в то время, когда чистая энергия в изобилии. Таким образом данные можно хранить на серверах для последующего использования, до наступления того момента, когда производительность ВИЭ снижается по сути сдвигая потребление электроэнергии от одного периода времени к другому.

В научном смысле, утверждают ученые, информационные батареи являются накопителями потенциальной энергии для выполнения полезной работы. Большинство аккумуляторов так и работают: преобразуют один вид энергии в другой, например, электрическую в гравитационную. В этом случае информация действует подобно виртуальным батареям, так как электроэнергия превращается в то, что исследователи называют информационным потенциалом энергии.

В дополнении к преимуществам вычисления предсказуемых задач, система также является гибкой: расчетам, которые выполнены заранее, не нужно точно соответствовать расчетам, выполненным в более позднее время.

Мы обеспечиваем множество фрагментов вычислений и потом можем выбирать небольшие блоки вычислений, сделанных ранее, как картинки пазлов, и собрать их вместе, чтобы быстро решить совершенно новую вычислительную задачу, - объясняет Рагхаван.

Исследователи говорят, что для некоторых типов нагрузок информационная батарея обеспечивает лучшую эффективность, чем литий-ионные накопители. В каждом конкретном случае она зависит от множества факторов, таких как типы проведенных вычислений и предсказуемость энергопотребления. Но в отличие от традиционных аккумуляторов, хранение данных является экономически более целесообразным с точки зрения затрат финансов и энергии. Она может уменьшить зависимость от ископаемых видов топлива, которые ответственны за три четверти мировых выбросов парниковых газов.

Хотя сама идея относительно проста, сложность состоит в том, чтобы определить, какие вычисления выполнять, где и когда, а также способ проведения расчетов для эффективного получения отложенных результатов.

В статье журнала ACM SIGEnergy Energy Informatics Review американские ученые представили дизайн и проверку концепции системы с нулевыми выбросами, которая включает в себя рекуррентные нейронные сети для прогнозирования выработки возобновляемых источников энергии и предстоящих задач в ЦОД. Она также включает в себя кэш-память, где хранятся функции, и модифицированный компилятор, способный автоматически изменять код для хранения и получения результатов.

Предполагается, что ее инфраструктура будет географически распределенной, содержащей множество небольших центров обработки данных, каждый из которых расположен в регионах с достаточным потенциалом солнечной и ветровой энергетики.

Но есть и определенные ограничения, которые исследователи упоминают в своей работе: например, это возможное применение только при ограниченных рабочих нагрузках и в некоторых контекстах. Вместе с тем они уверены, что с улучшенным прогнозированием и интеграцией в большие системы информационная батарея имеет неплохой потенциал. В вопросах глобальной значимости широкого внедрения устойчивых технологий, нам важен каждый инструмент, который мы можем получить, - заключает Барат Рагхаван.

Источник: usc.edu

Подробнее..
Категории: Технологии

Дроны-сборщики фруктов помогут фермерам с нехваткой рабочей силы

03.02.2022 00:11:07 | Автор: admin

Роботы способны заменить человека во множестве сфер, и в первую очередь они пригодятся там, где необходим рутинный низкоквалифицированный труд. Учитывая развитие технологий, фермеры все чаще интересуются возможностью применения робототехники.

По информации израильского стартапа Tevel Aerobotics, сегодня в сельском хозяйстве ощущается острая нехватка рабочих рук, особенно это касается сезонных работ, таких как сбор фруктов в садах. Именно поэтому компания придумала альтернативу в виде автономных летающих дронов, которые выполняют эту работу.

Система получила название FAR (Flying Autonomous Robots) и состоит из базовой тележки на колесах, которая перемещается вдоль рядов фруктовых деревьев, а также четырех квадрокоптеров, которые соединены с наземным транспортным средством (которое также служит батареей) с помощью питающего кабеля.

Сообщается, что с помощью своих бортовых камер и алгоритмов компьютерного зрения на основе искусственного интеллекта дроны способны различать отдельные фрукты и другие объекты. Они могут оценить размер и степень зрелости каждого плода, а также спланировать траекторию полета без столкновений с препятствиями к тем, которые считаются подходящими для сбора урожая.

Мультикоптеры используют встроенный захват, работающий на основе специальных алгоритмов стабилизации, чтобы срывать фрукты, которые они затем бросают на платформу наземного транспортного средства. Свою работу дроны-сборщики могут производить как в светлое, так и в темное время суток, единственное условие достаточный заряд батареи.

Предполагается, что пользователи смогут арендовать парк FAR по мере необходимости, сообщая компании, сколько требуется роботов, в какое время и на какой срок. После того, как аппараты доставлены и начинается сбор, приложение в режиме реального времени отображает такие факторы, как количество собранных фруктов и предполагаемое время, оставшееся до окончания сбора урожая.

Система еще не доступна для коммерческого применения, но планируется, что в этом году она будет использоваться в пилотных проектах в яблоневых садах в Испании, США и Италии.

Интересно, что исследователи из австралийского Университета Монаша создали своего робота, предназначенного для сбора яблок. Проект призван помочь решить возникшую из-за COVID-19 проблему нехватки сезонных рабочих, многие из которых обычно приезжали из-за границы.

Источник: tevel-tech.com

Подробнее..
Категории: Технологии

Невозможный материал из 2D-полимера получился крепче стали и легче пластика

03.02.2022 12:23:22 | Автор: admin

Химики Массачусетского технологического института (MIT) создали новый материал, который прочнее стали, легче пластика, и может быть легко изготовлен в промышленных масштабах.

Новый материал представляет собой двумерный полимер, который самоформируется в листы, в отличии от всех других полимеров, которые образуют одномерные, жгутообразные молекулярные цепи. До сих пор ученые считали невозможным создание из полимеров 2D-образований.

Новый материал может быть использован в качестве легкого, прочного покрытия для деталей автомобиля или смартфонов, а также в качестве строительного материала для мостов и других сооружений, говорит Майкл Страно, профессор химического машиностроения в MIT и старший автор исследования.

Обычно мы не думаем о пластике как о том, что вы могли бы использовать, чтобы поддержать здание, но с этим материалом, вы можете создавать новые вещи, - говорит он. У него очень необычные свойства, и мы очень взволнованы этим.

Полимеры, которые включают в себя все пластмассы, состоят из цепочек строительных блоков, называемых мономерами. Эти цепочки могут увеличиваться, прибавляя к своим краям новые молекулы. После образования полимеры могут быть сформированы в трехмерные объекты с помощью литья под давлением.

Ученые уже давно предсказывали, что если полимеры заставить сформироватся в двумерном листе, они должны образовывать чрезвычайно сильные, легкие материалы. Тем не менее, многие десятилетия работы в этой области не продвигались. Одной из причин этого было то, что если даже один мономер выходит из плоскости растущего листа, материал начнет расширяется в трех измерениях и двумерная структура теряется.

В своем исследовании, ученые придумали новый процесс полимеризации, который позволяет формировать двумерные материалы под названием полиарамиды. Для мономерных строительных блоков они используют соединение, называемое меламин, которое приставляет собой кольцо из атомов углерода и азота. При правильных условиях эти мономеры могут расти в двух измерениях, образуя диски. Эти диски укладывают поверх друг друга, удерживая вместе водородными связями между слоями, которые делают структуру очень стабильной и крепкой.

Исследователи назвали материал 2DPA-1, и он обладает несколькими впечатляющими свойствами. Несмотря на то, что полимер очень тонкий и легкий, его предел текучести в два раза выше, чем у стали, а для его деформации требуется в шесть раз больше силы, чем для пуленепробиваемого стекла. Он также полностью непроницаем для газов и жидкостей.

Важным аспектом этих новых полимеров является то, что они легко обрабатываются в растворе, что будет способствовать множеству новых приложений, где высокое отношение прочности к весу имеет важное значение, например, в композитах или диффузионных барьерах, - говорит Страно. - Это также позволит нам создавать ультратонкие покрытия, которые могут полностью предотвращать проникновения влаги или газов. Такое покрытие может быть использовано для защиты металла в автомобилях и других транспортных средствах, или стальных конструкциях.

Сейчас ученые патентуют технологию, которую они использовали для создания материала, а результаты их исследования опубликованы в журнале Nature.

Источник: mit.edu

Подробнее..
Категории: Технологии

Транспорт на топливных элементах получит LOHC более простую, дешевую и безопасную водородную технологию

06.02.2022 20:25:24 | Автор: admin

Немецкая Schaeffler, известный производитель автозапчастей, делает следующий шаг на пути реализации своей водородной стратегии. Компания решила разработать топливный элемент, который работает с жидким органическим носителем водорода так называемым LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier). Для этого Schaeffler заключила договор о сотрудничестве с Hydrogenious LOHC Technologies и Институтом возобновляемых источников энергии им. Гельмгольца в Эрлангене-Нюрнберге (HIERN).

Водородная технология играет решающую роль в устойчивой мобильности с нулевыми выбросами углекислого газа, включая энергоснабжение, и имеет для нас стратегическое значение, - говорит Уве Вагнер, член правления Schaeffler.

Партнерство призвано внести важный вклад в применение технологии LOHC. По словам Вагнера, Schaeffler задействует свои многолетние ноу-хау в области материалов, формирования и обработки поверхностей. Прямое использование LOHC в топливных элементах для выработки электроэнергии делает ненужным обращение с водородом как с газом, - добавляет глава Hydrogenious Даниэль Тейхманн. - Это преимущество позволяет особенно дешево и безопасно снабжать мобильных и стационарных потребителей энергии.

Водород обычно хранят и транспортируют в газообразном виде при высоком давлении или в жидком виде при экстремально низких температурах в специальных емкостях. По словам Шеффлера, жидкие органические носители водорода, такие как бензилтолуол, могут стать доступной альтернативой. По данным компании, это маслянистое органическое вещество, которое химически связывает водород и позволяет ему транспортироваться в нормальных условиях окружающей среды.

В отличие от классической конструкции, в топливном элементе LOHC или в цепочке поставок нет молекулярного водорода. Таким образом новое решение является более безопасным и экономичным.

Сегодня для транспортировки водорода в жидком виде используются разные способы: например, в качестве носителя могут применяться аммиак или метилциклогексан. Использование смесей для транспортировки обходится дешевле, чем в случае с чистым газом, однако в ходе такого метода может теряться до трети водорода из-за процессов конверсии.

Новый жидкий носитель можно использовать несколько раз, и поэтому он особенно устойчив. Технология обеспечивает безопасную и рентабельную водородную инфраструктуру от хранения до транспортировки и использования. Однако топливные элементы должны быть соответствующим образом адаптированы. Schaeffler будет производить биполярные пластины - катализаторы и мембраны, необходимые для этой технологии, которые были специально разработаны для этого применения в Институте Гельмгольца в Эрлангене-Нюрнберге.

Источник: schaeffler.de

Подробнее..
Категории: Технологии

Новый метаматериал способен поглощать и высвобождать огромное количество энергии

07.02.2022 12:10:59 | Автор: admin

Фазовые переходы материалов имеют большой потенциал в системах управления движением и событиями при высокоскоростной передаче энергии, однако проектирование обычных фазовых переходов на молекулярном или атомном уровне является сложной задачей. Ученые из Массачусетского университета в Амхерсте (UMass) решили эту проблему, связывая несколько взаимодействующих полей в рамках метаматериала.

Американские инженеры разработали новое твердое вещество, похожее на резину, обладающее необычными свойствами. Оно способно поглощать и выделять очень большое количество энергии, причем делать это с заранее заданным результатом. Новый материал имеет большие перспективы для очень широкого спектра приложений, включая робототехнику, транспорт, создание средств защиты и защитных материалов, которые могут рассеивать энергию гораздо эффективнее.

Представьте себе резиновую ленту, - говорит Альфред Кросби, профессор полимерных наук в UMass и старший автор статьи. Вы оттягиваете ее, а когда отпускаете, она летит через всю комнату. Теперь представьте суперрезинку. Когда вы растягиваете его до определенной точки, вы активируете дополнительную энергию, хранящуюся в материале. Когда отпускаете эту резинку, она летит на милю.

Эта гипотетическая резиновая лента сделана из нового метаматериала (вещества, обладающего свойствами, не встречающимся в природе), который сочетает в себе эластичное, похожее на резину вещество с встроенными в него крошечными магнитами. Этот новый эластомагнитный материал использует физическое свойство, известное как фазовый сдвиг, чтобы значительно увеличить количество энергии, которое материал может высвобождать или поглощать.

Фазовый сдвиг происходит, когда материал переходит из одного состояния в другое: например вода, превращающаяся в пар, или жидкий бетон, затвердевающий в конструкциях. Всякий раз, когда материал меняет свою фазу, энергия либо высвобождается, либо поглощается. И фазовые сдвиги не ограничиваются только переходами между жидким, твердым и газообразным состояниями переход может происходить из одной твердой фазы в другую. Фазовый сдвиг, высвобождающий энергию, можно использовать как источник энергии, но получение достаточного количества энергии всегда было трудной задачей.

Чтобы усилить высвобождение или поглощение энергии, вы должны разработать новую структуру на молекулярном или даже атомном уровне, - говорит Кросби. - Однако это сложно сделать и еще труднее сделать предсказуемым образом. Но, используя метаматериалы, мы преодолели эти проблемы и не только создали новые материалы, но и разработали алгоритмы проектирования, которые позволяют программировать эти материалы с определенными реакциями, делая их предсказуемыми.

Ученые подчерпнули вдохновение в некоторых молниеносных реакциях наблюдаемыми в природе: захлопыванием венериных мухоловок и муравьёв-ловушек. Встраивая крошечные магниты в эластичный материал, они смогли контролировать фазовые переходы. А поскольку фазовый сдвиг предсказуем и повторяем, можно спроектировать метаматериал так, чтобы он делал именно то, что нужно: либо поглощать энергию сильного удара, либо высвобождать большое количество энергии для взрывного движения.

Как заявляют исследователи, новый метаматериал применим в любом сценарии, где необходимы либо мощные удары, либо молниеносные реакции. Работа ученых была опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Источник: umass.edu

Подробнее..
Категории: Технологии

Дороги с динамической зарядкой электромобилей построят в США

07.02.2022 22:14:27 | Автор: admin

Компания Electreon, разработчик технологий беспроводной передачи электричества, объявила о создании первой общедоступной дорожной системы дистанционной зарядки для электромобилей в США.

Компания выиграла тендер на строительство системы электрических дорог (ERS) в Детройте в рамках пилотной программы индуктивной зарядки транспортных средств в партнерстве с Министерством транспорта штата Мичиган (MDOT), Мичиганским управлением мобильности и электрификации будущего (OFME) и Мичиганской корпорации экономического развития (MEDC).

Инфраструктура по беспроводной зарядке электрокаров будет развернута в Центральном районе Мичигана. Она будет предусматривать несколько вариантов использования с участием различных типов транспортных средств и партнеров, включая беспилотные автомобили.

Мы рады выйти на рынок США и сотрудничать с лидерами отрасли для дальнейшего улучшения мобильной экосистемы страны, - сказал Стефан Тонгур, вице-президент по развитию бизнеса Electreon в США. - Мы рассчитываем на сотрудничество с департаментами транспорта, государственными и муниципальными учреждениями, а также новаторами в автомобильной и мобильной индустрии в Мичигане, Калифорнии и Нью-Йорке. У нашей технологии есть потенциал для поддержки электрических парков всех типов, от автобусов общественного транспорта до фургонов доставки и грузовиков дальнего следования для логистики.

Electreon займется проектированием, оценкой, итерацией, тестированием и реализацией пилотной программы, которая должна быть запущена к 2023 году. В настоящее время проект запланирован на участке дороги длиной 1,6 км в Детройте и будет включать динамическую и стационарную беспроводную зарядку для электромобилей.

Electreon также строит тестовые участки заряжающих дорог в Германии, Италии и Швеции и готовится к заключению недавно подписанного коммерческого соглашения о создании сети беспроводных зарядок для 200 общественных автобусов в Тель-Авиве, Израиль.

Источник: michigan.gov

Подробнее..
Категории: Технологии

Аккумулятор на морской воде получил новый анод и выдерживает 1500 циклов перезарядки

08.02.2022 12:25:21 | Автор: admin

Литий-ионные аккумуляторы завоевали мир электроники и транспорта благодаря своим замечательным свойствам. Однако дефицит и высокая стоимость лития побуждают исследователей искать альтернативные типы батарей, изготовленные с использованием более распространенных материалов. Одним из таких материалов является натрий. Перспективными накопителям на его основе могут стать батареи с морской водой (SWB), которые используют ее в качестве катода.

Хотя морские батареи являются экологически безопасными и, естественно, пожаробезопасными, разработка высокоэффективных анодных материалов по разумной цене остается основным узким местом, препятствующим коммерциализации технологии. Традиционные материалы на основе углерода являются привлекательным и экономичным вариантом, но они должны быть легированы несколькими элементами, такими как азот (N) и сера (S), чтобы повысить их характеристики до номинала. К сожалению, известные в настоящее время пути синтеза совместного легирования сложны, потенциально опасны и не всегда дают приемлемых уровней легирования.

В недавнем исследовании группа ученых из Корейского морского и океанического университета под руководством доцента Джун Канга нашла выход из этого затруднения. В их статье, в журнале Carbon описывается новый способ синтеза для получения легированных углеродных анодов для SWB.

Новый процесс, получивший название плазма в жидкости, включает приготовление смеси прекурсоров на основе углерода, азота и серы, и выброс плазмы в раствор. В результате получается материал с высоким уровнем легирования N и S со структурной основой черного углерода. Как показали различные эксперименты, этот материал показал большой потенциал для батарей на морской воде.

Подготовленный нами анодный материал, легированный совместно, продемонстрировал замечательные электрохимические характеристики в SWB с циклическим сроком службы более 1500 циклов при плотности тока 10 А/г, - сказал Канг.

Потенциальные приложения SWB многочисленны, поскольку они могут безопасно эксплуатироваться при полном погружении в морскую воду. Их можно использовать для обеспечения аварийного электроснабжения береговых АЭС, что затруднительно делать с обычними дизель-генераторами в случае катастрофического цунами. Кроме того, их можно устанавливать на буи, чтобы облегчить навигацию или снабдить суда энергией во время простоев.

Но наиболее важным их применением может стать то, что такие аккумуляторы могут буквально спасать жизни, как говорит Канг: SWB могут быть установлены в качестве источника питания для спасательного оборудования на пассажирских судах. Они не только обеспечивают более высокую плотность энергии, чем обычные батареи, но и обеспечивают стабильную работу в воде, тем самым увеличивая вероятность выживания.

Источник: kmou.ac.kr

Подробнее..
Категории: Технологии

Робот из жидкого металла трансформируется из наземного в воздушное транспортное средство

11.02.2022 18:24:35 | Автор: admin

Исследователи из политехнического университета Виргинии разработали миниатюрное беспилотное транспортное средство, которое способно передвигаться по земле, как автомобиль, а при необходимости трансформироваться в полноценный квадрокоптер. В своей работе инженеры использовали резиновые и металлические компоненты, которые способны менять свою форму под действием температуры без необходимости применения двигателей и сервоприводов. Работа команды была опубликована в научном журнале Science Robotics.

Природа богата организмами, которые меняют свою форму для выполнения разных функций. Осьминог резко изменяется для перемещения, приема пищи или взаимодействия со средой, животные имеют гибкие мышцы для преодоления различных нагрузок, растения также способны двигаться для захвата большего количества солнечного света в течение дня. Однако мягкие роботы с трудом достигают сложных конфигураций, трансформируются, чтобы выдерживать нагрузки, и обратимо переходят между несколькими состояниями.

Мы создали многофункциональный материал для преобразования формы с обратимой и быстрой полиморфной реконфигурацией. Мы сочетаем эластомерный киригами с нетрадиционным обратимым механизмом пластичности в металлических сплавах, чтобы быстро (0,1 секунды) превратить плоские листы в сложные, несущие нагрузку формы с обратимостью и самовосстановлением за счет фазового перехода - говорится в преамбуле научной статьи.

Чтобы создать структуру, способную трансформироваться, исследователи обратились к киригами японскому искусству изготовления форм из бумаги путем разрезания. Этот метод отличается от оригами, который использует складывание бумаги. Наблюдая за прочностью этих моделей в каучуках и композитах, команда ученых смогла создать материальную архитектуру повторяющегося геометрического рисунка.

По словам разработчиков, новая конструкция преодолевает компромиссы в отношении деформируемости и несущей способности, а также устраняет требования к мощности для поддержания реконфигурированных форм. Для создания мягкого роботизированного беспилотника-трансформера, который автономно трансформируется из наземного в воздушное транспортное средство, в устройство интегрировали бортовое управление, двигатели и питание.

Идея состояла в том, чтобы пластинчатый каркас робота имел внутри металл, который находится в жидкой форме. Его можно согнуть и растянуть, придав роботу желаемую форму, после чего металл становится твердым, удерживая целостность конструкции. После завершения любой задачи можно включить нагреватели, чтобы нагреть металл до 60 C, что расплавит его и вернет роботу его первоначальную форму. С этого момента он снова готов к преобразованию в то, что ему нужно делать дальше. Он может трансформироваться и принимать форму менее чем за одну десятую секунды.

В ходе испытаний ученые использовали этот материал для создания робота, который мог двигаться по земле, а затем превращаться в летающий дрон. По сути, его основа это плоский лист с обращенными вверх пропеллерами в своей летающей конфигурации, а в своей изначальной форме он напоминает тележку на колесах. Другая тестовая модель использовала этот материал в качестве основы для подводной лодки, которая могла погружаться на дно аквариума, захватывать груз и подымать его на поверхность.

Мы в восторге от возможностей, которые открывает этот материал для многофункциональных роботов, - сказал Эдвард Дж. Бэррон, соавтор исследования. - Эти композиты достаточно прочны, чтобы противостоять нагрузкам от двигателей или силовых установок, но при этом могут легко изменять форму, что позволяет машинам адаптироваться к окружающей среде.

Источник: vtx.vt.edu

Подробнее..
Категории: Технологии

Новое поколение светящихся растений заменит фонари на улицах

12.02.2022 00:20:36 | Автор: admin

Инженеры MIT создали светоизлучающее растение, которое можно заряжать светодиодной лампой. В своей работе они использовали интегрированные в листья наночастицы, которым достаточно 10 секунд зарядки для яркого свечения в течение нескольких минут.

Новые растения могут производить свет, который в 10 раз ярче первого поколения светящихся растений, о которых исследовательская группа сообщила в 2017 году.

Мы хотели создать светоизлучающее растение с частицами, которые поглощают свет, сохраняют и постепенно излучают его, - говорит Майкл Страно, профессор MIT и старший автор исследования. - Это представляет собой фундаментальный сдвиг в том, как мы думаем о живых растениях и электрической энергии для освещения.

Чтобы производить свет эти растения используют наночастицы, содержащие фермент под названием люцифераза, который встречается в светлячках. Применение подобных веществ, интегрированных в живое растение для получения новых функциональных свойств, является примером зарождающейся научной сферы нанобионики растений, говорят ученые.

Лаборатория под руководством Страно уже несколько лет работает в этой новой области, которая направлена на создание растений с новыми функциями путем встраивания в них различных типов наночастиц. Их первое поколение светоизлучающих растений содержало люциферазу и люциферин. Используя эти частицы, исследователи вывели водяной кресс, излучающий тусклый свет с яркостью, которая составляет 1/1000 долю от необходимого количества для чтения в течение нескольких часов.

В новом исследовании Страно и его коллеги создали компоненты, которые могут продлить свечение и сделать его ярче. В своей работе они использовали концепцию конденсатора, который является частью электрической цепи и способен накапливать заряд, высвобождая его при необходимости. В случае светящихся растений легкий конденсатор может использоваться для хранения света в виде фотонов, которые со временем постепенно излучаются.

В качестве такого конденсатора исследователи задействовали люминофор. Этот материал способен поглощать либо видимый, либо ультрафиолетовый свет, который затем медленно высвобождается в виде фосфоресцентного свечения. Ученые использовали соединение, называемое алюминатом стронция, которое может быть сформировано в наночастицы, как и люминофор.

Частицы, которые имеют несколько сотен нанометров в диаметре, вводились в растения через устьица - небольшие поры, расположенные на поверхностях листьев. Они накапливаются в слое, называемом мезофиллом, где из них образуется тонкая пленка. Основным выводом нового исследования стало то, что мезофилл может быть использован для размещения фотонных частиц, не ухудшая их осветительных свойств и не причиняя вреда растению.

Эта пленка способна поглощать фотоны и от солнечного света, и от светодиода. Ученые показали, что через 10 секунд воздействия синих светодиодов на растения они могут выделять свет около часа. Свет был самым ярким в течение первых пяти минут, а затем постепенно угасал. При этом растения могут постоянно перезаряжаться не менее двух недель, утверждают ученые.

Наша работа продемонстрировала концепцию будущего, где осветительная инфраструктура на основе живых растений является неотъемлемой частью пространств, где люди работают и живут, - говорит Страно. Если такие растения станут отправной точкой передовых технологий, они смогут заменить наши нынешние неустойчивые сети городского электроосвещения для взаимной выгоды всех зависящих от растений видов, включая людей.

В ходе экспериментов исследователи MIT обнаружили, что световой конденсатор может работать в самых различных видах растений, в том числе базилика, жерухи и табака. Они также показали, что могут создать светящиеся листья алоказии (называемой слоновьим ухом), лист которой может достигать одного метра в ширину.

Источник: news.mit.edu

Подробнее..
Категории: Технологии

Создана молекула, в 46 раз увеличивающая разрядную емкость литий-воздушных аккумуляторов

12.02.2022 12:12:48 | Автор: admin

Одной из ключевых проблем, препятствующих более быстрому переходу на электромобили, является озабоченность автолюбителей по поводу расстояния, которое они могут проехать без подзарядки.

Инженеры Технологического университета Сиднея (UTS) синтезировали молекулу для повышения производительности литий-кислородных батарей (также их называют литий-воздушными), которые обеспечат электротранспорту такой же запас хода, как и автомобилям, работающим на бензине.

В литий-кислородных батареях используется передовая технология, направленная на обеспечение максимальной плотности энергии для выработки электроэнергии посредством обычного воздуха. Однако на сегодняшний день инженерам еще предстоит решить ряд задач в таких устройствах, в том числе с низкой разрядной емкостью, низкой энергоэффективностью и серьезными паразитарными химическими реакциями. Новая универсальная молекула поможет решить сразу все эти проблемы.

Профессор UTS Guoxiu Wang, возглавлявший исследовательскую группу в Центре технологий чистой энергии UTS, отмечает, что захватывающее открытие устранило несколько существующих препятствий и создало возможность разработки долговечной, энергоемкой литий-кислородной батареи, которая будет также и высокоэффективной.

Батареи коренным образом меняются, - говорит профессор Ван. - Они облегчат переход к климатически нейтральному обществу и откроют новые отраслевые возможности для такой страны, как Австралия, которая богата основными элементами для создания аккумуляторов. Они также помогут коммунальным предприятиям улучшить качество и надежность электроэнергии и помочь правительствам во всем мире добиться нулевых выбросов углерода.

В своем исследовании ученые подробно описали работу батареи Li-O2 с помощью нового механизма, основанного на прямых химических реакциях между универсальной молекулой и супероксидным радикалом/Li2O2. Аккумулятор демонстрирует 46-кратное увеличение разрядной емкости, низкое перенапряжение заряда (0,7 В) и сверхдлительный срок службы (более 1400 циклов).

Новая молекула получила название PDI-TEMPO и, по словам разработчиков, открывает новые возможности для создания высокоэффективных литий воздушных аккумуляторов нового поколения, которые значительно увеличивают дальность пробега между зарядками электромобилей.

Мы уверены, что наша молекула все в одном может значительно улучшить характеристики литий-кислородных аккумуляторов и сделать батареи нового поколения более практичными.

Источник: sciencedaily.com

Подробнее..
Категории: Технологии

Самые энергоемкие батареи Amprius вмещают на 73 больше, чем аккумуляторы Tesla Model 3

14.02.2022 12:17:41 | Автор: admin

Калифорнийская компания Ampirus выпустила первую партию литиевых батарей, которые, как она утверждает, являются самыми энергоемкими на сегодняшний день. Новые питательные элементы с кремниевым анодом содержат на 73% больше энергии, чем элементы Tesla Model 3 в массовом соотношении и занимают на 37% меньше объема.

Для сравнения взяты элементы Tesla Model 3 поскольку они являются одними из лидирующих в отрасли и вмещают около 260 Втч/кг и 730 Втч/л. Новые аккумуляторы Ampirus это существенное продвижение вперед, как по показателям удельной энергии, так и по плотности энергии, они содержат 450 Втч/кг и 1150 Втч/л, что дает компании право хвастаться ячейками с самой высокой плотностью энергии, доступными сегодня в аккумуляторной промышленности.

Ampirus говорит, что впечатляющая производительность батарей обусловлена технологией анодов из кремниевых нанопроволок. Когда вы заряжаете литий-ионный аккумулятор, вы отрываете электрон от каждого атома лития, расположенного на катоде, и перемещаете его к аноду по внешней проводке, поскольку электроны не могут пройти через электролит или разделитель между анодом и катодом. Их отрицательный заряд притягивает положительно заряженные ионы лития через электролит и сепаратор, где каждый из них находит электрон и внедряется в то, что обычно представляет собой графитовую решетку на аноде.

Электроды из кремниевой нанопроволоки могут хранить больше лития, чем обычная графитовая решетка, и в компании говорят, что они служат достаточно долго, чтобы конкурировать с продукцией, созданной по другим современным технологиям.

Ampirus заменила графитовую решетку на кремниевые нанопроволоки. Кремний может хранить в 10 раз больше лития, чем графит, но он имеет тенденцию набухать и трескаться, резко сокращая срок службы элемента. Разработчики утверждают, что при формировании кремния в пористые нанопроволоки, расположенные в виде решетки из более длинных проволок с более короткими проволоками, кремний способен выдерживать набухание и сопротивляться растрескиванию, продлевая срок службы ячейки до такой степени, что кремниевые аноды могут стать конкурентоспособной технологией.

Кремниевые нанопроволоки интегрированы прямо в подложку анода, поэтому их проводимость (и, следовательно, мощность) высока. Ampirus заявляет, что срок службы нового элемента отличный и постоянно улучшается, хотя не указывает никаких цифр, но также уточняет, что анод единственная часть батареи, которая претерпела значительные изменения, а остальные компоненты могут собираться с использованием существующих методов производства.

Очевидно, что мир готов и ждет аккумуляторных элементов следующего поколения, которые могут хранить больше энергии при меньших размерах и весе все, от смартфонов до электромобилей, выиграет либо от веса, либо от уменьшения пространства, а новые технологии, такие как электросамолеты вертикального взлета и посадки (eVTOL) просто жаждут батарей, которые могут улучшить их дальность полета и функционал.

И, конечно же, плотность энергии и удельная энергия это всего лишь два показателя, по которым батарея может конкурировать. Необходимо также учитывать тепловые характеристики, безопасность, скорость зарядки/разрядки и срок службы. Особенно большую роль будет играть и цена. Тот факт, что первый клиент Ampirus занимается созданием спутников, предполагает, что на данный момент эти ячейки будут не самыми дешевыми. Но компания уже ищет площадку, на которой она наладит массовое производство, что принесет экономию за счет масштаба и сделает эту технологию востребованной на рынке электротранспорта.

Источник: newatlas.com

Подробнее..
Категории: Технологии

Создан супердешевый опреснитель морской воды на солнечной энергии

15.02.2022 08:18:34 | Автор: admin

По оценкам ученых, две трети человечества страдают от нехватки питьевой воды, причем многие такие регионы в развивающихся странах также сталкиваются с отсутствием централизованных электрических сетей. Решить эту проблему могут новые устройства опреснения морской воды, работающие на солнечной энергии. Однако многие попытки создать подобные девайсы сталкиваются с вопросами загрязнения оборудования, вызванного накоплением солей, что часто усложняет и увеличивает расходы.

Новая конструкция опреснителя на солнечной энергии предотвращает накопление солей, что делает систему простой и эффективной. Для его сборки потребуются дешевые и доступные материалы, а его производительность позволит ежедневно обеспечивать питьевой водой целую семью.

Загрязнение является одной из основных проблем в системах опреснения. Поскольку соль и другие примеси отфильтровываются из воды, это вещество имеет тенденцию накапливаться на мембранах или других компонентах устройства, что требует регулярной очистки или, что еще хуже, замены деталей. Влагоотводящие материалы являются одними из наиболее часто загрязняемыми, поэтому для нового проекта ученые из Массачусетского технологического института и Шанхайского университета Цзяо Тонг решили разработать солнечное опреснительное устройство без фильтра.

Предложенная система фунционирует благодаря трем слоям жидкости, которые образуются в резервуаре с соленой водой. Материал с перфорацией 2,5 мм впитывает жидкость из нижней части, образуя над собой тонкий поверхностный слой. С помощью темного покрытия, которое поглощает тепло солнечного света, этот тонкий слой соленой воды нагревается до тех пор, пока не испарится, после чего его можно сконденсировать на наклонной поверхности для сбора в виде чистой воды.

Соль остается в неиспарившейся воде, но именно так и было задуман принцип работы. Отверстия в перфорированном материале как раз такого размера, чтобы обеспечить естественную конвективную циркуляцию. Более теплая вода над материалом, которая теперь гораздо более насыщена солью, втягивается обратно в более холодную жидкость внизу. Новый слой воды поднимается на поверхность материала, и цикл повторяется.

Ученые говорят, что в тестовых устройствах этот метод может обеспечить более 80-процентную эффективность преобразования солнечной энергии в водяной пар, даже если исходная вода имела концентрацию соли до 20% по весу. Кристаллов соли в приборе после недели эксплуатации обнаружено не было.

Стоить отметить, что устройство сделано из доступных материалов, поэтому оно может быть масштабируемым и недорогим. Исследователи подсчитали, что система с площадью сбора всего 1 м2 может обеспечить достаточное количество питьевой воды для ежедневных потребностей семьи, а материалы для ее создания будут стоить всего около 4 долларов США.

Ученые говорят, что с небольшей доработкой этот прибор опреснения может помочь доставлять питьевую воду в отдаленные или развивающиеся районы и использоваться в качестве временного решения для оказания помощи при стихийных бедствиях или в спасательных операциях.

Источник: news.mit.edu

Подробнее..
Категории: Технологии

Обычные солнечные элементы задействуют в системах беспроводной оптической связи под водой

17.02.2022 14:13:30 | Автор: admin

Как известно, основное назначение фотоэлементов это преобразование света в энергию, но китайские ученые доказали, что их также можно использовать для обеспечения подводной беспроводной оптической связи с высокоскоростной передачей данных. Новый подход, в котором в качестве детекторов используется массив последовательно соединенных солнечных элементов, предлагает дешевый способ передачи данных под водой с низким энергопотреблением.

Существует острая необходимость в эффективной подводной связи для удовлетворения растущих потребностей в обмене данными в рамках всемирной деятельности по защите океана, сказал руководитель исследовательской группы Цзин Сюй из Чжэцзянского университета в Китае. Например, в усилиях по сохранению коралловых рифов необходимы каналы для передачи данных от водолазов, пилотируемых подводных лодок, подводных датчиков и беспилотных автономных аппаратов на надводные корабли, поддерживающие их работу.

В журнале Optics Letters Сюй и его коллеги рассказали о лабораторных экспериментах, в которых они использовали набор коммерчески доступных солнечных элементов для создания безлинзовой системы для высокоскоростного оптического обнаружения под водой. Как заявляют ученые, солнечные элементы предлагают гораздо большую зону обнаружения, чем фотодиоды, традиционно используемые в качестве детекторов в беспроводной оптической связи.

Насколько нам известно, мы продемонстрировали самую высокую пропускную способность, когда-либо достигнутую для коммерческой системы оптической связи на основе кремниевых солнечных элементов с большой зоной обнаружения, - сказал Сюй. - Система такого типа может даже обеспечить и обмен данными, и выработку электроэнергии с помощью одного устройства.

По сравнению с использованием радио или акустики, подводная беспроводная связь на основе световых волн демонстрирует более высокую скорость, меньшую задержку и требует меньше энергии. Однако большинство высокоскоростных оптических систем дальнего действия не подходят для подводного применения, поскольку они требуют тонкой настройки между передатчиком, излучающим свет, и приемником, который обнаруживает входящий световой сигнал.

Поскольку солнечные элементы обнаруживают свет с большой площади и преобразуют его в электрический сигнал, их использование в качестве детекторов может упростить требования по выравниванию передатчика и приемника. Однако добиться высокой пропускной способности было сложно, поскольку солнечные элементы оптимизированы для сбора энергии, а не для связи.

До сих пор для обеспечения высокоскоростных соединений с использованием готовых кремниевых солнечных элементов требовались сложные схемы и алгоритмы модуляции, для которых требовались интенсивные вычислительные ресурсы, потребляющие дополнительную мощность и создающие высокую задержку обработки, - сказал Сюй. - Используя моделирование и симуляцию подключенных солнечных элементов, мы оптимизировали периферийную схему, что значительно улучшило производительность нашего детектора.

Исследователи протестировали новую конструкцию, в которой использовалась солнечная батарея 33 см для создания области обнаружения 3,43,4 см, в резервуаре с водой длиной 7 метров, который имитировал подводный канал. Зеркала использовались для увеличения длины пути оптического сигнала, создавая расстояние передачи 35 метров. Система показала надежность, стабильность, низкое энергопотребление и высокую производительность. По мере увеличения размера солнечной батареи с 11 до 33 см полоса пропускания по уровню 20 дБ увеличивалась с 4,4 МГц до 24,2 МГц.

Поскольку солнечные элементы производятся массово, предлагаемая схема является вполне рентабельной, - отметил Сюй. - Помимо подводного мира, этот тип детектора также можно использовать для надводных систем беспроводной связи, которые используют видимый свет от светодиодов и других источников для передачи данных на расстояния.

Чтобы оптимизировать систему для реальных приложений подводной связи, исследователи планируют изучить ее работу со слабыми оптическими сигналами. Это покажет, насколько хорошо она работает в мутной воде и при движении. Они также работают над тем, чтобы сделать устройство более практичным за счет точной настройки ключевых параметров, таких как количество солнечных элементов в массиве и требуемое напряжение обратного смещения.

Источник: optica.org

Подробнее..
Категории: Технологии

Новое решение для преобразования CO2 в топливо за счет солнечной энергии

17.02.2022 14:13:30 | Автор: admin

Международная группа ученых под руководством представителей Лундского университета в Швеции показала, как солнечная энергия может преобразовывать углекислый газ в топливо с использованием передовых материалов и сверхбыстрой лазерной спектроскопии. Новое достижение может стать важным решением глобальной задачи по снижению выбросов парниковых газов в атмосферу. Исследование было опубликовано в Nature Communications.

Энергетический потенциал солнечного света, падающего на поверхность Земли в течение одного часа, примерно соответствует общему потреблению энергии человечеством за целый год. С учетом того, что с каждым годом увеличиваются выбросы CO2, использование солнечной энергии для улавливания парниковых газов и преобразования их в топливо или другое полезное химическое вещество сегодня является предметом исследований для многих ученых. При том, что однозначного и эффективного решения до сих пор нет, международная исследовательская группа нашла возможный путь вперед.

В исследовании применяется комбинация материалов, которые поглощают солнечный свет и используют его энергию для преобразования углекислого газа. С помощью сверхбыстрой лазерной спектроскопии мы точно определили, что происходит в этом процессе, говорит Тёну Пуллеритс, химик из Лундского университета.

В своей работе ученые взяли за основу пористый органический материал под названием COF ковалентный органический каркас. Этот материал известен тем, что очень эффективно поглощает солнечный свет. Добавив к COF так называемый каталитический комплекс, им удалось без дополнительной энергии преобразовать углекислый газ в монооксид углерода.

Преобразование в монооксид углерода требует двух электронов. Когда мы обнаружили, что фотоны синего света создают долгоживущие электроны с высокими энергетическими уровнями, мы могли просто зарядить COF электронами и завершить реакцию, объясняет Пуллеритс.

Какую пользу несут эти результаты? Исследователи надеются, что в будущем открытие может быть использовано для разработки более крупных установок, которые можно будет задействовать на глобальном уровне, чтобы с помощью солнца поглощать углекислый газ из атмосферы и преобразовывать его в топливо или химические вещества. Это может быть одним из многих решений для преодоления климатического кризиса, который становится все более и более актуальным.

Мы завершили два начальных шага с двумя электронами. Прежде чем мы сможем начать думать о преобразователе углекислого газа, нужно предпринять еще много шагов, и, вероятно, даже наши первые два должны быть усовершенствованы. Но мы определили очень многообещающее направление, заключает Тёну Пуллеритс.

Источник: lunduniversity.lu.se

Подробнее..
Категории: Технологии

Водородный ДВС V-8 Yamaha разработает для Toyota

22.02.2022 00:24:24 | Автор: admin

В течение многих лет различные компании обещают разработать водородные двигатели, утверждая, что водород это чистое топливо будущего. При этом особого прогресса в этом отношении ранее не наблюдалось.

Но такая ситуация может скоро измениться согласно заявлению, на днях опубликованному японскими автопроизводителями, Toyota и Yamaha объединили свои усилия для разработки V-образного 5,0-литрового двигателя внутреннего сгорания, работающего на водороде.

Новый восьмицилиндровый двигатель основан на обычном бензиновом атмосферном ДВС, который используется в спортивном купе Lexus RC F, с модификациями форсунок, головок, впускного коллектора и других компонентов.

Мощность водородной версии составит 450 л.с. при 6800 об/мин, а крутящий момент заявлен равным 540 Нм при 3600 об/мин. Оригинальный двигатель, который взяли за основу, обладает 477 л.с. и 536 Нм крутящего момента.

Нужно уточнить, что речь идёт именно о двигателе, который будет напрямую использовать водород в качестве топлива. Текущие серийные водородомобили работают иначе: там водород используется для получения электричества, и именно электромотор приводит машину в движение.

Пока нет никаких данных о том, что готовящийся пятилитровый монстр будет устанавливаться в серийные авто. Напомним, Toyota уже экспериментировала с подобным двигателем, выпустив на трек модернизированную версию GR Yaris.

Водородные двигатели внутреннего сгорания имеют изначально дружелюбный характер, что делает их простыми в использовании и не требует дополнительных вспомогательных электронных систем, - объяснил инженер Yamaha Такеши Ямада.

У водородных ДВС практически экологически чистый выхлоп: он представляет собой водяной пар и незначительное количество продуктов сгорания моторного масла. Toyota Motor на сегодня единственный в мире автопроизводитель, который экспериментирует со сжиганием водорода в двигателе. При этом компания серийно производит автомобиль Mirai с топливными ячейками, где водород путем электрохимической реакции преобразуется в электроэнергию, питающую тяговые двигатели.

Источник: ixbt.com

Подробнее..
Категории: Технологии

Энергоэффективность домов будет определяться с помощью космических спутников

22.02.2022 00:24:24 | Автор: admin

Компания Satellite Vu из Великобритании намерена вывести на околоземную орбиту семь аппаратов с инфракрасными датчиками температуры, которые должны сыграть важную роль в борьбе с глобальным потеплением на снимках со спутников будут отчётливо видны источники утечки тепла в домах, офисах и городах в целом. Это позволит сделать строения более энергоэффективными.

Ожидается, что первый спутник будет выведен в начале следующего года компанией SpaceX с помощью ракеты-носителя Falcon 9. Ещё шесть отправят в космос в следующие два-три года, причём некоторые, вероятно, будут запущены из космопортов, уже строящихся в разных частях Великобритании.

Конечной целью Satellite Vu является создание группировки зондов, которая сможет на постоянной основе вести наблюдения за всей земной поверхностью, замеряя уровень тепла, исходящего от любого строения на планете благодаря использованию инфракрасных детекторов высокого разрешения.

По словам главы компании Энтони Бейкера (Anthony Baker), сегодня возможно оценивать тепловое излучение отдельных участков в целом, тогда как новые детекторы позволят добиться разрешения, позволяющего точно установить причину утечки, что поможет в борьбе с глобальным потеплением. Ведь на изменение климата влияют не только парниковые газы и другие вредные выбросы, но и большие потери тепла из строений с плохой теплоизоляцией. Использование новых технологий позволит властям всех уровней и бизнесу значительно сократить расходы на отопление.

Для финансирования проекта Satellite Vu привлекла около 27 млн долларов венчурного капитала, а также получила гранты от Европейского космического агентства и Космического агентства Великобритании. В компании рассчитывают зарабатывать на продаже данных организациям и бизнесам, ищущим способы уменьшить платежи за энергию.

Спутники будут способны работать круглосуточно и строятся компанией Surrey Satellite Technology Limited. Они будут в состоянии измерять температуру с точностью до 2 градусов по Цельсию.

Источник: 3dnews.ru

Подробнее..
Категории: Технологии

Последние комментарии

© 2006-2022, tuvatforum.ru