باتری های سبک برای خودروهای برقی

در حال حاضر باتریهای لیتیومی مخصوصی که برای تامین انرژی محصولات الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرند نه تنها وزن زیادی دارند و مصرف انرژی را بالا می برند بلکه به دلیل نیاز به استفاده از فلز لیتیوم در آنها از قیمت بالایی نیز برخوردارند .  

به گزارش " ساینس دیلی"، برای رویارویی با این مشکل متخصصان انگلیسی اجسام نانویی جدیدی  طراحی کرده اند که می تواند در آینده زمینه ساز تولید گوشی‌های تلفن همراه بسیار باریک و فوق سبک و یا منجر به تولید خودروهای الکترونیکی شود که باتریهاشان بر روی سقف خودرو تعبیه می شود .

این فناوری جدید هنوز از مرحله آزمایشگاهی فراتر نرفته اما  شامل ترکیب آشکاری از فیبر و پلیمر رزین است که می توانند همانند باتری های معمولی برق را ذخیره و آزاد کنند و می توانند مزایای زیادی برای نسل آینده خودروهای الکترونیکی داشته باشند.

این ترکیبات کربن پلیمری وابسته به فعل و انفعالات شیمیایی نیست از این رو عمر این باتری ها کوتاه بوده و زمان شارژ آنها کوتاه تر است .

گفتنی است؛ در حال حاضر دو سوم وزن خودروهای برقی همچون Tesla Roadster که در آمریکا تولید شده به دلیل وزن سنگین باتری نصب شده بر روی این خودروهاست که با موفقیت این فناوری جدید پیش بینی می شود وزن خودروهای الکترونیکی به کمتر از یک سوم وزن کنونی کاهش یابد.

باکتریها برق تولید می کنند!!!

گروهی از پژوهشگران دانمارکی دریافتند که باکتریهای اعماق دریاها قادرند مدارات الکتریکی طبیعی ایجاد کنند.

مهر: محققان دانشگاه آرهوس در تحقیقات خود نشان دادند که باکتریهایی که زیر رسوبات اعماق دریاها زندگی می کنند الکترونهایی را آزاد می کنند که این جریان الکتریسیته برای تامین انرژی واکنشهایی که این باکتریها با باکتریهای تولیدکننده اکسیژن برقرار می کنند مورد استفاده قرار می گیرد.

 برخی از میکروارگانیسمها نیز همانند حیوانات با سوزاندن غذای خود با اکسیژن، انرژی به دست می آورند.
براساس گزارش نیچر، دانشمندان دانمارکی کشف کردند که جمعیتهای باکتریهای اعماق دریاها همانند ارگانیسمهای پیچیده ای که هر سلول آنها مسئولیت به خصوصی را بر عهده می گیرند، رفتار می کنند.
باکتریهایی که در لایه های عمیق تر رسوبات زندگی می کنند غذای خود را به دیگر ترکیبات آلی و به سولفات هیدروژن تبدیل می کنند.
الکترونهایی که در مدت این واکنش آزاد می شوند در مسیر رسوبات حرکت می کنند و به سفر خود تا رسیدن به سطوح ادامه می دهند و در آنجا سایر باکتریها برای تولید اکسیژن مورد نیاز سایر ارگانیسمها از این جریان الکتریسیته استفاده می کنند. در این انتقال برق میان میکروارگانیسمها، الکترونها می توانند حتی از یک سانتیمتر و یا 20 هزار برابر ابعاد یک باکتری هم فراتر رود.

نتایج این کشف می تواند به بهبود تکنیکهای تولید برق توسط میکروارگانیسمها و ایجاد سوختهای طبیعی کمک کند.

تولید برق از هوا

فزایش مصرف برق و محدودیت تولید ، اتلاف انرژی را در جریان متناوب بیش از هر زمان دیگری در نظر می آورد. سرامیک های بلوم با استفاده از فناوری پیل سوختی و تولید برق مستقیم ، جایگزین مناسبی به شمار می روند.

ساخت باتری‌ با زمان شارژ بهبود یافته

فارس: به طور طبیعی وقتی مواد در مقیاس نانو در مورد استفاده قرار می‌گیرند سرعت شارژ و دشارژ باتری چندین برابر افزایش می‌یابد.

تأثیر کوتاه مدت نانوفناوری بر فناوری باتری‌سازی، از به کارگیری نانو ذرات حاصل خواهد شد. آنها بدون تأثیرگذاری زیاد بر ظرفیت کل، سرعت شارژ و تخلیه را بهبود می‌بخشند. با استفاده از نانومواد باتری‌هایی نیمه‌‌صنعتی در گروه انرژی دانشگاه آمریکایی Rutgers ساخته شده است.

6 دقیقه زمان برای شارژ کامل در مقایسه با یک یا دو ساعت برای باتری‌های متداول، بسیار قابل توجه است. اگر از این باتری‌ها در خودروهای الکتریکی استفاده شود این زمان معادل زمان لازم برای پر کردن باک خودروهای بنزینی است. این باتری‌ها پتانسیل تخلیه سریع دارند. از این ویژگی می‌توان در کاربرد نیرو و خودروهای هیبریدی استفاده کرد.

طول عمر این بارتی‌ها زیادتر شده است، 9 هزار سیکل عمر آن توسط Rutgers تست شده است و پیش‌بینی می‌شود این باتری‌ها 20 هزار سیکل طول عمر داشته باشند. (در مقایسه با 10 هزار سیکل باتری‌های متداول) در خودروهای الکتریکی این ویژگی باعث کاهش هزینه می‌شود.

این باتری‌ها در دمای پایین کار می‌کنند لذا خطر انفجار کاهش می‌یابد. کمپانی Toshiba نسل جدیدی از باتری‌های یون- لیتیم را به بازار معرفی کرده است که 60 بار سریع‌تر از باتری‌های متداول یون لیتیم تا 80 درصد ظرفیت انرژی خود شارژ می‌شود در این باتری‌ها از نانو مواد استفاده شده است.

*بهبود پوشش و آلیاژ یاتاقان‌های حساس
وظیفه یاتاقان‌ کاهش اصطکاک و قراردادن دستگاه‌های در حال دوران در موقعیت آنها است. مثلا هدف یک یاتاقان توربین، حفظ سیستم روتور در موقعیت محوری صیحیح خود و ایجاد اصطکاک پایین برای تحمل نیروی دینامیکی و استاتیکی محور است.

سیالاتی که با فلزات سرو کار دارند به علاوه روانسازها، برای روانسازی یا خارج کردن حرارت در بسیاری از فرایندهای صنعتی کاربرد گسترده‌ای یافته‌اند. اما به دلیل مسائل زیست‌محیطی استفاده از برخی از این روانسازها همراه با مشکلاتی برای محیطی که در آن زندگی می‌کنیم بوده‌اند.

راه حل بهتر در این زمینه استفاده از پوشش‌های خودروانساز هستند. این پوشش‌ها در بلبرینگ‌ها و سطوحی که در معرض اصطکاک ناخواسته هستند کاربرد دارند. نانوفناوری با ارائه پوشش‌های جدید سخت، چقرمه و خودروانساز می‌تواند ضمن کاهش اصطکاک و عمر طولانی یاتاقان‌ها، نیروی تلف شده در آنها را کاهش داده و از این رو باعث کاهش هزینه تولید برق در نیروگاه شود.

شرکت آمریکایی Dimension Bond در لیست محصولات تجاری خود در زمینه مواد بلبرینگ، محصول نانوکامپوزیتی تقویت شده دارد که نسبت به دیگر محصولات این شرکت دارای مقاومت به سایش بالاتری است. این شرکت موارد استفاده این بلبرینگ را در کاربردهایی با بالاترین استحکام و بالاترین مقاومت به سایش ذکر کرده است.

*سیال انتقال حرارت با عملکرد بالا
اینکه افزوده شدن ذرات جامد به مایعات، انتقال حرارت آنها را افزایش می‌دهد امری کاملا شناخته شده است و مطالعات نظری آن به دهه اول 1800 و ماکسول مربوط می‌شود اما تحقق عملی آن به دلیل در دسترس نبودن ذرات کوچک مناسب عملا تا به امروز امکان‌پذیر نبوده است. استفاده از ذرات بزرگتر هم معمولا مشکلاتی مانند رسوب ذرات در مایع، لخته (کلوخه) شدن شیارهای سیال و سایش قطعات پمپ‌کننده مایع را به همراه داشته است.

بنابراین بسیاری از صنایع از تولید انرژی گرفته تا میکروالکترونیک، به سیالات جدید و کارآمدی برای انتقال حرارت نیاز دارند. چنین سیالاتی مزایای قابل توجهی را برای فناوری کنونی روان سازها و خنک‌کننده‌ها به همراه خواهند داشت.

یکی از گزینه‌های مناسب برای افزایش بازدهی انتقال حرارت خنک‌کننده‌ها یا هر سیال دیگری استفاده از نانوسیال‌ها است. حسن این نانوذرات آن است که مشکل ذرات بزرگتر را نداشته و یا آن را تاحد قابل توجهی کاهش می‌دهند. اندازه فوق‌العاده کوچک این ذرات موجب می‌شود تا به راحتی و بدون لخته شدن و یا ساییدن پمپ، جریان پیدا کنند. به علاوه احتمال رسوب آنها نیز کمتر است و به راحتی و با روش‌های مناسب می‌توان مقدار آنها را کاهش داد یا از مایع خارج کرد.

از طرفی با استفاده از نانوسیالات حاوی نانوذرات رسانا، امکان سوخت موتورها، پمپ‌ها و رادیوتورهای سبک‌تر و کوچک‌تر و دیگر قطعات کوچک و بزرگ مورد نیاز خودرو فراهم می‌شود. به این ترتیب موتور خودروها و هواپیماها سبک‌تر شده و مسافت بیشتری را با همان مقدار سوخت موتورهای معمولی می‌پیمایند. این دستاورد تاثیر قابل توجهی در کاهش انتشار آلاینده‌ها داشته و در نهایت به سلامت بیشتر محیط زیست کمک خواهد کرد.

شرکت آمریکایی NanoDynamics هم اکنون نانو موادی مانند نانو ذرات مس (200 نانومتر، صدهزار کیلوگرم در سال) نقره (10 نانومتر) و فلزات دیگر،‌اکسیدها، سرامیک‌ها و نانولوله‌های کربنی را تولید می‌کند و روش‌های منحصر به فردی در شکل‌دهی نانوسیالات مسی در سیستم‌های شیمیایی و بسیار شبیه به آنچه در خنک‌کننده‌های اتومبیل به کار می‌رود، ابداع نموده ودر اختیار دارد.

*پیل‌های سوختی بهبود یافته
استفاده ازنانوفناوری درساخت، پوشش‌دهی و بهبود کاتالیست‌های مورد استفاده در پیل سوختی از کاربردهای عملی این فناوری در زمینه تامین انرژی است.

با استفاده از این مواد می‌توان میزان مصرف مواد گرانقیمت در ساخت کاتالیست‌ها را کاهش داد، بازدهی پیل را افزایش داد و موانع عملیاتی برای تجاری شدن پیل‌های سوختی را از بین برد. خودروهای سبک بیشترین بازار را برای استفاده از پیل‌های سوختی دارند.

شرکت FUCHSIA سیستم ذخیره‌سازی سبک برای خودروها توسعه داده است که در دمای مناسب و فشار کم کار می‌کند. شرکت تایوانی Asia Pacific Fuel cell Technoloies Ltd الکترودهای غشایی نانو لوله‌های کربنی جدید برای پیل‌های سوختی هیدروژنی و متانولی اختراع کرده است که 75 درصد پلاتین کمتری مصرف می‌کند و این موجب افزایش قدرت رقابت‌ آنها می‌شود.

فناوری LED در لامپهای خانگی

بی هیچ تردیدی دیودهای ساطع کننده نور (LED) روشنایی دنیای آینده را تامین خواهند کرد به طوری که در آینده ای نزدیک، لامپهای بر پایه فناوری LED می توانند جایگزین لامپهای کنونی شوند.

  مزیت بزرگ این لامپها این است که قادرند تقریبا تمام انرژی را به نور تبدیل کرده و میزان کمی از انرژی را به صورت گرما تابش کنند. همچنین این لامپها محتوی جیوه نبوده و بنابراین آلودگی زیست محیطی آنها بسیار پایین است. ا، مدت زمان استفاده از آنها است به طوری که این لامپها می توانند 100 سال عمر کنند. به همین علت محققان معتقدند که ظرف 10 سال آینده 100 درصد از بازار به لامپهای LED اختصاص خواهد یافت.

  تنها مشکل موجود در استفاده از LED در لامپ این است که این دیودها رنگی هستند و برای تابش نور سفید باید بتوانند به روشی مناسب نورهای آبی، قرمز و سبز را با هم ترکیب کنند. در این میان، نور سبز یک مانع بزرگ بر سر راه تولید نور سفید است چرا که تاکنون مکانیزمی که برای تولید آن استفاده می شد بسیار پیچیده بود و مقدار زیادی از انرژی را هدر می داد.

  اکنون گروهی از دانشمندان "لابراتوار ملی انرژی تجدیدپذیر آمریکا" (NREL) موفق شدند تکنیک جدیدی را ارائه کنند که می تواند این مانع بزرگ را رفع کند.

  این محققان با استفاده از فناوری که برای بهبود راندمان پیلهای فتوولتائیک استفاده می شود روشی را برای تولید نور سبز با بازده بالا پیدا کردند.

  نتیجه این آزمایشات بسیار مطلوب بود اما این دانشمندان در برنامه آینده خود قصد دارند برای رسیدن به طیف نور سفید به جای استفاده از سه رنگ از چهار رنگ استفاده کنند. این رنگ چهارم "قرمز تیره" و یا "سبز لیمویی" خواهد بود.

  براساس گزارش R & D Magazine، وزات انرژی آمریکا اعلام کرده است که ظرف چهار سال آینده لامپهای سنتی و ظرف 10 سال آینده لامپهای فلورسانت را از بازار خارج خواهد کرد و بنابراین تنها در آمریکا تا سال 2030 در مصرف انرژی بیش از 120 میلیارد دلار صرفه جویی و از انتشار میلیونها تن گاز گلخانه ای به اتمسفر جلوگیری خواهد شد.

باتری ها نیروگاه مینیاتوری

ساخت باتری با ساختار پیشرفته کنونی، نخستین بار در سال 1800 میلادی شکل گرفت. الساندرو ولتا - دانشمند ایتالیایی- برای نخستین بار یک پیل با نام "پیل ولتایی" ساخت که در آن دو صفحه فلزی یکی از روی و دیگری از نقره به عنوان الکترودها استفاده می‌شدند. این دو صفحه در محلول آب نمک قرار گرفته و توسط یک صفحه مقوایی نازک از هم جدا می‌شدند.

   هنگامی‌که دو سر بالایی صفحه‌های فلزی توسط سیم به هم وصل شدند، درون سیم جریان الکتریسته برقرار شد. ولتا سعی کرد که پتانسیل الکتریکی ایجاد شده را اندازه‌گیری کند. این پتانسیل الکتریکی همان ولتاژ نام گرفت که بعد از او با واحد" ولت" سنجیده می‌شود.

آنچه که امروز به نام باتری می‌شناسیم در واقع همان پیل ولتایی در شکل جدیدتر و پیشرفته‌تر است.