Одно из "неудачных" изобретений Томаса Эдисона может оказаться лучшим вариантом для современной сети чистой энергии, чем тот двигатель для электромобилей, который он в конечном итоге предложил, пишет Ecoticias.
Как предполагает новое исследование ученых из Калифорнийского университета, идея Эдисона создать никель-железные аккумуляторы может получить новое воплощение с помощью нанотехнологий 21-го века.
Ученые создали прототип никель-железного аккумулятора, который заряжается за считанные секунды и может работать более двенадцати тысяч циклов полной зарядки и разрядки. Такая производительность эквивалентна более тридцати годам ежедневного использования. И с таким сроком службы типичные литий-ионные аккумуляторы, используемые в автомобилях, пока не могут сравниться.
В начале 20-го века водители видели на дорогах больше электрических и гибридных автомобилей, чем бензиновых моделей. Некоторые из них питались от свинцово-кислотных аккумуляторов Эдисона, но они были тяжелыми, дорогими и обычно разряжались примерно через 40 км.
Он считал, что никель-железная химия может увеличить запас хода до 100 км и заряжаться в течение ночи, что было впечатляющим для той эпохи. Реальность стала на пути. Первые никель-железные аккумуляторы были громоздкими и медленно заряжались, а во время использования они выделяли водород, что создавало проблемы с безопасностью. Поскольку бензиновые двигатели стали дешевле и удобнее, некогда перспективный электрический вариант занял нишевую позицию, которая сохранилась преимущественно в нескольких промышленных системах и автономных установках.
Современный прототип сохраняет выбор металлов Эдисона, но почти полностью меняет их расположение. Исследователи использовали белки, получаемые из побочных продуктов мясной промышленности, в качестве крошечных каркасов. Внутри складок этих белков атомы никеля и железа собираются в кластеры размером менее пяти нанометров. Чтобы покрыть их площадью с человеческий волос, понадобится десять тысяч или более таких кластеров.
Эти белковые шаблоны были объединены с оксидом графена, материалом, изготовленным из сверхтонких слоев углерода, украшенных атомами кислорода. Затем смесь нагревали в воде и выпекали при высокой температуре.
На этом этапе белки превратились в углерод, кислород был удален, а металлические кластеры замкнулись в пористую углеродную сеть. Конечным результатом является структура аэрогеля, которая примерно на 99% состоит из воздуха по объему, с огромной внутренней поверхностью, где могут происходить реакции в батареях.
На практике большая площадь поверхности означает более быструю зарядку и разрядку. Когда почти каждый атом активного материала может участвовать в реакции, аккумулятор может быстро принимать энергию и так же быстро ее высвобождать, не изнашиваясь за несколько лет.
Где можно использовать подобные аккумуляторы
Несмотря на свою скорость и долговечность, эта никель-железная конструкция не хранит столько энергии на килограмм, сколько современные литий-ионные элементы. Это делает ее плохим кандидатом для электромобилей с большим запасом хода. Вместо этого исследователи видят более явный потенциал в стационарном хранении энергии, где размер и вес являются меньшей проблемой, чем надежность и стоимость на протяжении десятилетий.
Одним из очевидных применений были бы солнечные электростанции. В солнечные часы панели часто генерируют больше электроэнергии, чем может поглотить сеть.
Банк долговечных никель-железных аккумуляторов мог бы поглощать этот избыток и возвращать его в сеть после захода солнца, когда люди возвращаются домой, включают кондиционер и готовят ужин. Центры обработки данных, которым требуется мгновенное резервное копирование в случае сбоя основного источника питания, являются еще одним вероятным кандидатом.
Масштабирование любого лабораторного прототипа до уровня городского накопителя энергии редко бывает простым, и инженерам нужно будет доказать, что этапы производства действительно остаются такими же низкозатратными и простыми, как утверждает команда.
Как лифт меняет вес
Напомним, что лифты заставляют человека ощущать изменения в силе тяжести. Во время резкого подъема человек как будто становится тяжелее, а во время спуска чувствует себя легче. Как объяснил физик, такие ощущения вызывает изменение ускорения платформы лифта, а гравитация и масса самого человека остаются неизменными.
