Задача формирования энергетического будущего, которое сохраняет и улучшает планета-это огромное предприятие. Но все зависит от заряженных частиц, движущихся через незримо мелких материалов.
Ученые и политики признали необходимость срочного и существенного изменения в механизмы мирового производства и потребления энергии для того, чтобы арестовать его импульс к экологическим катаклизмом. Курс такого масштаба, конечно, непростой, но новый доклад в журнале Science, предполагает, что технологический путь к достижению устойчивого развития уже положено, это просто вопрос выбора, чтобы следовать за ним.
В докладе, автором которого является международная группа исследователей, лежит, как исследования в области наноматериалов для накопителей энергии в течение последних двух десятилетий позволил большой шаг, который необходимо сделать использование возобновляемых источников энергии.
«Большинство из самых больших проблем, стоящих перед толчком для устойчивости все может быть привязан к необходимости для лучшего хранения энергии», — сказал Юрий Гогоци, кандидат медицинских наук, уважаемого университета и профессор Бах в Колледже Университета Дрекселя инжиниринга и ведущий автор статьи. «Будет ли это в более широком использовании возобновляемых источников энергии, стабилизации электрической сети, управление энергетическим потребностям наших вездесущих интеллектуальных сетевых технологий или перехода нашего транспорта на электричество-вопрос мы сталкиваемся, заключается в том, как улучшить технологию хранения и распределения энергии. После десятилетий исследований и развития, ответ на этот вопрос может быть предложена наноматериалов».
Авторы представляют комплексный анализ состояния исследований в области хранения энергии, связанные с наноматериалами и предполагают направление исследований и развития технологий для достижения основной жизнеспособность.
Варенье
Большинство всех планов обеспечения устойчивого развития энергетики-от нового «зеленого» курса в Парижское соглашение, в различных региональных стратегий выбросы углекислого газа — заявлять о необходимости правления в потреблении энергии, а также использование новых возобновляемых источников, как солнечная и ветровая энергия. Узкое место для этих усилий является необходимость совершенствования технологии хранения энергии.
Проблема с интеграцией возобновляемых ресурсов в нашей энергосистемы заключается в том, что трудно управлять спросом и предложением энергии с учетом непредсказуемого характера…характера. Так, массивные устройства накопления энергии необходимы, чтобы вместить всю энергию, что генерируется, когда солнце светит и ветер дует, и тогда сможете выплатить его быстро и в высокой энергии-используют периоды.
«Чем лучше мы становимся на сбор урожая и хранение энергии, тем больше мы сможем использовать возобновляемые источники энергии, которые носят периодический характер», — сказал Гогоци. «Аккумуляторы, как силос фермер … если это не достаточно большие и изготовлены таким образом, чтобы сохранить урожай, то это может быть трудно пережить долгую зиму. В энергетике прямо сейчас, вы могли бы сказать, что мы все еще пытаемся строить правильные бункера для урожая-и вот где наноматериалов может помочь».
Исправление
Непрекращающейся энергии-хранения Завальная согласованные цели для ученых, применение инженерных принципов для создания и манипулирования материалами на атомном уровне. Их усилия в последнее десятилетие, которые были отмечены в докладе, есть уже усовершенствованные батареи, что смартфоны мощность, ноутбуков и электромобилей.
«Многие из наших величайших достижений в накоплении энергии в последние годы благодаря интеграции наноматериалов», — сказал Гогоци. «Литий-ионные батареи уже использование углеродных нанотрубок в качестве проводящей добавки в батарее электродов, чтобы сделать их быстрее заряжаются и дольше. И все большее число батарей использовать нано-частицы кремния в их аноды для увеличения количества запасенной энергии.
Введение наноматериалов-это постепенный процесс, и мы будем видеть все больше и больше наноразмерных материалов внутри батареи в будущем».
Конструкция батареи, в течение длительного времени, основан в первую очередь на поиске прогрессивно улучшать энергетические материалы и объединив их в магазине больше электронов. Но, в последнее время, технический прогресс позволил ученым разработать материалы для устройств хранения энергии, чтобы лучше обслуживать эти передачи и функции хранения.
Этот процесс, называется наноструктурированием, вводит частицы, трубы, хлопья и стопки наноразмерных материалов в качестве новых компонентов, аккумуляторов, конденсаторов и суперконденсаторов. Их форма и атомной структуры может ускорить поток электронов — сердцебиение электрической энергии. И их большая площадь поверхности обеспечивает больше мест отдыха для заряженных частиц.
Эффективность Наноматериалы и даже позволили ученым пересмотреть основные конструкции самих батарей. С металлически проводящих наноструктурированных материалов, обеспечивающих, что электроны могут течь свободно во время зарядки и разрядки, батареи могут потерять хорошую часть веса и размера за счет исключения из металлической фольги токоприемников, необходимых в обычных батареек. В результате, их форма больше не является ограничивающим фактором для устройства, они заряжают.
Батареи становится меньше, зарядки быстрее, длится дольше и изнашиваются медленнее, но они также могут быть массивными, заряд постепенно, хранить огромное количество энергии в течение длительных периодов времени и распределить его по требованию.
«Это очень захватывающее время, чтобы работать в области наноразмерных материалов для хранения энергии», — говорит Екатерина Померанцева, к. м. н., доцент Инженерного колледжа и соавтор бумаги. «Сейчас у нас более доступны, чем когда-либо-и наночастиц с различными составами, формами и известными свойствами. Эти наночастицы просто как кубики Лего, и они должны быть объединены в умный способ для создания инновационной структуры с превосходной производительности любого текущего устройства хранения энергии. Что делает эту задачу еще более захватывающим является тот факт, что в отличие от Лего, не всегда понятно, как различные наночастицы могут быть объединены, чтобы создать стабильный архитектур. И когда эти нужные наноразмерных архитектур становятся все более и более продвинутые, эта задача становится все более и более сложным, вызывая критическое мышление и творчество ученых».
Будущее
Гогоци и его соавторы предполагают, что спекулируя на обещание наноматериалов потребует некоторых технологических процессах для обновления и продолжения научных исследований о том, как обеспечить стабильность материалов, а их размер увеличивается.
«Стоимость наноматериалов по сравнению с традиционными материалами является одним из основных препятствий нужны, и дешевых и масштабных технологий производства», — сказал Гогоци. «Но это уже сделано для углеродных нанотрубок с сотнями тонн производство для нужд аккумуляторной промышленности в Китае. Предварительной обработки наноматериалов в этот путь позволит использовать современное производство батарей оборудования».
Они также отмечают, что использование наноматериалов позволит устранить необходимость в некоторых токсичных материалов, которые были ключевыми компонентами батареи. Но они также предлагают создать экологические стандарты для будущего развития наноматериалов.
«Всякий раз, когда ученые считают новых материалов для хранения энергии, они всегда должны учитывать токсичность для человека и окружающей среды, а также в случае случайного огня, сжигания или сброса в отходы», — сказал Гогоци.
Что все это означает, по мнению авторов, заключается в том, что нанотехнологии-это изготовление накопителей энергии достаточно универсален, чтобы эволюционировать с изменением источника энергии, что перспективный политик по призванию.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!