جزوه تکنولوژی مولد قدرت
دانلود فایل
جزوه تکنولوژی مولد قدرت
ضر بیش از ۷ میلیارد نفر است – این رقم تا سال ۲۱۰۰ می‌تواند از ۱۱ میلیارد نفر نیز فراتر رود. این افزایش جمعیت، همراه با چالش‌های زیست‌محیطی، فشار بیشتری را بر منابع انرژی در حال حاضر تحت فشار قرار می‌دهد. مسلماً هیچ گلوله نقره ای وجود ندارد، اما محققان Georgia Tech در حال توسعه طیف گسترده ای از فناوری ها هستند تا قدرت را فراوان تر، کارآمدتر و دوستدار محیط زیست کنند.
این ویژگی نگاهی سریع به ده‌ها پروژه غیرمعمول را ارائه می‌دهد که می‌توانند فراتر از فناوری‌های سنتی انرژی رفته و به همه چیز از حسگرهای کوچک گرفته تا خانه‌ها و مشاغل کمک کنند.
۱Na-TECC: ارزش نمکش را دارد جزوه تکنولوژی مولد قدرت
شانون یی، استادیار دانشکده مهندسی مکانیک جورج دبلیو. وودراف در جورجیا تک، در حال توسعه فناوری است که از انبساط همدما سدیم و گرمای خورشیدی برای تولید مستقیم برق استفاده می کند. این موتور تبدیل منحصربه‌فرد که به‌عنوان «Na-TECC» شناخته می‌شود (نام اختصاری که نماد شیمیایی سدیم را با حروف اول «تبدیل حرارتی-الکترو-شیمیایی» و همچنین قافیه‌ای با «GaTech» ترکیب می‌کند، فاقد قطعات متحرک است.
خلاصه‌ای سریع در صحبت‌های گیک: الکتریسیته از گرمای خورشیدی با هدایت حرارتی واکنش ردوکس سدیم در طرف‌های مخالف یک الکترولیت جامد تولید می‌شود. بارهای الکتریکی مثبت حاصل از الکترولیت جامد به دلیل پتانسیل الکتروشیمیایی ایجاد شده توسط گرادیان فشار عبور می کنند، در حالی که الکترون ها از طریق یک بار خارجی که در آن نیروی الکتریکی استخراج می شود، حرکت می کنند. Yee توضیح داد که در نهایت، این فرآیند جدید منجر به بهبود راندمان و نشت حرارت کمتر می شود.
تصویری خلاقانه از نمکدان و کشاورز که نمک پاشیده است جزوه تکنولوژی مولد قدرت
هدف دستیابی به راندمان تبدیل گرما به الکتریسیته بیش از ۴۵ درصد است که در مقایسه با بازده ۲۰ درصدی برای موتور خودرو و ۳۰ درصدی برای اکثر منابع در شبکه برق، افزایش قابل توجهی دارد.
این فناوری می تواند برای کاربردهای انرژی توزیع شده استفاده شود. یی گفت: «موتور Na-TECC می تواند در حیاط خلوت شما بنشیند و از گرمای خورشید برای تامین انرژی کل خانه استفاده کند. همچنین می توان از آن با سایر منابع گرمایی مانند گاز طبیعی، زیست توده و هسته ای برای تولید مستقیم برق بدون آب جوش و توربین های در حال چرخش استفاده کرد.
این تحقیق که توسط برنامه SunShot وزارت انرژی (DOE) تامین می شود، با همکاری Ceramatec Inc انجام می شود.
شانون یی، استادیار دانشکده مهندسی مکانیک جورج دبلیو وودراف، می گوید: «موتور Na-TECC می تواند در حیاط خلوت شما بنشیند و از گرمای خورشید برای تامین انرژی کل خانه استفاده کند.
عکس: فطره حمید
جزوه تکنولوژی مولد قدرت
۲نژاد جدید بتاولتائیک
در پروژه دیگری، گروه یی از زباله های هسته ای برای تولید برق استفاده می کند – منهای راکتور و بدون قطعات متحرک.
این محققان با بودجه آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (دارپا) و با همکاری دانشگاه استنفورد، فناوری مشابه دستگاه های فتوولتائیک را با یک استثنای بزرگ توسعه داده اند: به جای استفاده از فوتون های خورشید، از الکترون های پرانرژی استفاده می کند. ساطع شده از محصولات جانبی هسته ای
عکس – مرد مینیاتوری با کلاه زرد زرد، ایستاده در مزرعه جزوه تکنولوژی مولد قدرت
فناوری بتاولتائیک از دهه ۱۹۵۰ وجود داشته است، اما محققان بر روی تریتیوم یا نیکل ۶۳ به عنوان انتشار دهنده بتا تمرکز کرده اند. یی گفت: «ایده ما این بود که این فناوری را از دیدگاه انتقال تشعشع بررسی کنیم و از استرانسیوم ۹۰، ایزوتوپ رایج در زباله‌های هسته‌ای استفاده کنیم.
استرانسیوم-۹۰ منحصر به فرد است زیرا در طول فرآیند واپاشی خود دو الکترون پرانرژی ساطع می کند. علاوه بر این، طیف انرژی استرانسیوم-۹۰ به خوبی با معماری طراحی استفاده شده در سلول های خورشیدی سیلیکونی کریستالی مطابقت دارد، بنابراین می تواند دستگاه های تبدیل بسیار کارآمدی تولید کند.
در آزمایشات در مقیاس آزمایشگاهی با منابع پرتو الکترونی، محققان به بازده تبدیل توان بین ۴ تا ۱۸ درصد دست یافته اند. با پیشرفت‌های مداوم، یی معتقد است که دستگاه‌های بتاولتائیک در نهایت می‌توانند حدود یک وات برق را به مدت ۳۰ سال به طور مداوم تولید کنند که ۴۰۰۰۰ برابر بیشتر از باتری‌های لیتیوم یون ف01445241 خواهد بود. کاربردهای اولیه شامل تجهیزات نظامی است که به انرژی کم مصرف برای مدت زمان طولانی نیاز دارد یا دستگاه‌ها را در مکان‌های دور که تعویض باتری مشکل‌ساز است، تامین می‌کند.
ژنراتورهای انعطاف پذیر جزوه تکنولوژی مولد قدرت
گروه Yee در استفاده از پلیمرها در ژنراتورهای ترموالکتریک (TEG) نیز پیشگام است.
دستگاه های حالت جامد که مستقیماً گرما را بدون قطعات متحرک به الکتریسیته تبدیل می کنند، TEG ها معمولاً از نیمه بب های معدنی ساخته می شوند. با این حال پلیمرها به دلیل انعطاف پذیری و رسانایی حرارتی کم، مواد جذابی هستند. این ویژگی‌ها طراحی هوشمندانه‌ای را برای دستگاه‌های با کارایی بالا امکان‌پذیر می‌سازد که می‌توانند بدون خنک‌کننده فعال کار کنند، که به‌طور چشمگیری هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد.
محققان پلیمرهای نیمه بب نوع P و N با مقادیر ZT با عملکرد بالا (یک معیار کارایی برای مواد ترموالکتریک) توسعه داده اند. Yee گفت: “ما می خواهیم به مقادیر ZT 0.5 برسیم و در حال حاضر در حدود ۰٫۱ هستیم، بنابراین دور نیستیم.”
عکس – مرد مینیاتوری ایستاده روی تراشه کامپیوتر سرامیکی جزوه تکنولوژی مولد قدرت
در یک پروژه که توسط دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی تامین مالی شده است، این تیم یک TEG شعاعی ایجاد کرده است که می تواند دور هر لوله آب گرم پیچیده شود تا از گرمای اتلاف برق تولید کند. چنین ژنراتورهایی را می توان برای تامین انرژی منابع نور یا شبکه های حسگر بی سیم که شرایط محیطی یا فیزیکی، از جمله دما و کیفیت هوا را کنترل می کنند، استفاده کرد.
یی گفت: “ترموالکتریک ها هنوز به کاربردهای خاص محدود می شوند، اما می توانند باتری ها را در برخی شرایط جابجا کنند.” و نکته مهم در مورد پلیمرها این است که ما می توانیم به معنای واقعی کلمه موادی را رنگ یا اسپری کنیم که برق تولید می کند.
این فرصت‌هایی را در دستگاه‌های پوشیدنی، از جمله لباس‌ها یا جواهراتی که می‌توانند به عنوان یک ترموستات شخصی عمل کنند و نبض گرم یا سرد را به بدن شما ارسال کنند، باز می‌کند. یی گفت، مسلماً، اکنون می توان این کار را با ترموالکتریک های معدنی انجام داد، اما این فناوری منجر به شکل های سرامیکی حجیم می شود. پلاستیک‌ها و پلیمرها 101های راحت‌تر و شیک‌تری را فراهم می‌کنند.»
او افزود که اگرچه برای کاربرد در مقیاس شبکه مناسب نیست، اما چنین دستگاه هایی می توانند صرفه جویی قابل توجهی را ایجاد کنند. جزوه تکنولوژی مولد قدرت
بازیافت امواج رادیویی
محققان به رهبری Manos Tentzeris یک برداشت کننده انرژی الکترومغناطیسی ساخته اند که می تواند انرژی محیطی کافی را از طیف فرکانس رادیویی (RF) جمع آوری کند تا دستگاه های اینترنت اشیا (IoT)، پوست هوشمند و سنسورهای شهر هوشمند و لوازم الکترونیکی پوشیدنی را به کار گیرد.
Tentzeris، استاد دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر جورجیا Tech توضیح داد که برداشت امواج رادیویی کاملاً جدید نیست، اما تلاش‌های قبلی محدود به سیستم‌های کوتاه برد واقع در چند متری منبع انرژی بوده است. تیم او اولین گروهی است که برداشت انرژی دوربرد را تا فاصله هفت مایلی از یک منبع نشان می دهد.
دستگاهی برای برداشت انرژی الکترومغناطیسی جزوه تکنولوژی مولد قدرت
محققان فناوری خود را در سال ۲۰۱۲ رونمایی کردند و ده ها میکرووات را از یک کانال تلویزیونی UHF جمع آوری کردند. از آن زمان، آنها به طور چشمگیری توانایی جمع آوری انرژی از چندین کانال تلویزیونی، Wi-Fi، تلفن همراه و دستگاه های الکترونیکی دستی را افزایش داده اند و سیستم را قادر می سازند تا انرژی را به ترتیب میلی وات جمع آوری کند. علائم بارز این فناوری عبارتند از:
آنتن های فوق عریض که می توانند سیگنال های مختلفی را در محدوده فرکانسی مختلف دریافت کنند.
پمپ های شارژ منحصر به فرد که شارژ را برای بارهای دلخواه و سطوح توان RF محیط بهینه می کند. جزوه تکنولوژی مولد قدرت
آنتن ها و مدارها، چاپ جوهر افشان سه بعدی بر روی کاغذ، پلاستیک، پارچه یا مواد آلی، که به اندازه کافی انعطاف پذیر هستند تا به دور هر سطحی بپیچند. (این فناوری از اصول تا کردن کاغذ اوریگامی برای ایجاد ساختارهای پیچیده تغییر شکل “هوشمند” استفاده می کند که خود را در پاسخ به سیگنال های الکترومغناطیسی دریافتی دوباره پیکربندی می کنند.)
محققان اخیراً این برداشت‌کننده را برای کار با سایر دستگاه‌های جمع‌آوری انرژی تطبیق داده‌اند و سیستمی هوشمند ایجاد کرده‌اند که محیط را بررسی می‌کند و بهترین منبع انرژی محیط را برای جمع‌آوری انتخاب می‌کند. علاوه بر این، اشکال مختلف انرژی، مانند جنبشی و خورشیدی، یا الکترومغناطیسی و ارتعاش را با هم ترکیب می‌کند.
اگرچه برخی کارها برای مقیاس‌پذیری فرآیند چاپ باقی مانده است، تجاری‌سازی تحقیقات تحت حمایت بنیاد ملی علوم می‌تواند ظرف دو سال اتفاق بیفتد.
بلند کردن ارتعاشات خوب
در یکی دیگر از رویکردهای برداشت انرژی، محققان دانشکده مهندسی مکانیک جورجیا تک در حال پیشرفت با انرژی پیزوالکتریک هستند – تبدیل کرنش مکانیکی از ارتعاشات محیطی به الکتریسیته.
آلپر ارتورک، استادیار آکوستیک و دینامیک که رهبری سازه‌های هوشمند و سیستم‌های دینامیکی جورجیا تک را رهبری می‌کند، توضیح داد که دانشمندان بیش از یک دهه است که در این زمینه کاوش می‌کنند، اما فناوری‌ها به طور گسترده تجاری نشده‌اند، زیرا برداشت پیزوالکتریک بسیار موردی و وابسته به کاربرد است. آزمایشگاه. جزوه تکنولوژی مولد قدرت
برداشت‌کننده‌های انرژی پیزوالکتریک ف01445241 بر رفتار تشدید خطی متکی هستند و برای به حداکثر رساندن توان الکتریکی، فرکانس تحریک منابع محیطی باید با فرکانس رزونانس دروگر مطابقت داشته باشد. ارتورک گفت: “حتی یک عدم تطابق جزئی منجر به کاهش شدید توان خروجی می شود و سناریوهای متعددی وجود دارد که در آن اتفاق می افتد.”
در پاسخ، گروه Erturk در طراحی‌های دینامیکی غیرخطی و محاسبات پیچیده برای توسعه برداشت‌کننده‌های انرژی پیزوالکتریک باند پهن که در طیف وسیعی از فرکانس‌ها کار می‌کنند، پیشگام بوده است. در واقع، یکی از طراحی‌های اخیر آنها، یک دروگر M شکل، می‌تواند خروجی سطح میلی‌وات را حتی برای ورودی‌های ارتعاش سطح میلی‌گرم کوچک به دست آورد – افزایش ۶۶۰ درصدی در پهنای باند فرکانس در مقایسه با همتایان خطی. Erturk گفت: “دروگرهای غیرخطی همچنین دارای رفتار رزونانس ثانویه هستند.”
اگرچه خروجی الکتریکی از برداشت‌کننده‌های انرژی ارتعاشی کم است، اما همچنان برای تامین انرژی حسگرهای بی‌سیم برای نظارت بر سلامت ساختاری در پل‌ها یا هواپیماها، وسایل الکترونیکی پوشیدنی یا حتی ایمپلنت‌های پزشکی کافی است. ارتورک گفت: «برداشت پیزوالکتریک می‌تواند دردسر تعویض باتری‌ها را در بسیاری از دستگاه‌های کم‌مصرف از بین ببرد – انرژی پاک‌تر، راحتی بیشتر و صرفه‌جویی معنادار در طول زمان ارائه می‌کند.
قدرت مالش راه درست
تریبوالکتریکی تولید بار الکتریکی از اصطکاک ناشی از تماس دو ماده مختلف را امکان پذیر می کند. اگرچه این پدیده برای قرن ها شناخته شده است، اما به دلیل غیرقابل پیش بینی بودن آن به عنوان یک منبع انرژی تا حد زیادی نادیده گرفته شده است.
با این حال، محققان به رهبری ژونگ لین وانگ، پروفسور Regents در دانشکده علوم و مهندسی مواد جورجیا، نانو ژنراتورهای تریبوالکتریک جدید (TENG) ایجاد کرده‌اند که اثر تریبوالکتریک و القای الکترواستاتیک را ترکیب می‌کنند. با برداشت انرژی مکانیکی تصادفی، این ژنراتورها می توانند به طور مداوم دستگاه های الکترونیکی کوچک را به کار گیرند.
اولین TENG در سال ۲۰۱۲ عرضه شد. با ضربه زدن پا، جریان متناوب کافی برای پاوربانک های LED تولید کرد. از آن زمان محققان به فناوری خود فشار آورده‌اند و یک سیستم خود شارژ را توسعه داده‌اند که نه تنها جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل می‌کند، بلکه دارای یک واحد مدیریت توان است که با تغییر حرکت انسان سازگار است.
عکس – افراد ریز ایستاده روی iPad با تصویر مزارع و کنتورهای برق جزوه تکنولوژی مولد قدرت
پشت این نقاط عطف اخیر یک طراحی دو مرحله ای وجود دارد: ابتدا TENG یک خازن کوچک را شارژ می کند. سپس انرژی به یک دستگاه ذخیره سازی نهایی (یک خازن یا باتری بزرگتر) منتقل می شود که با امپدانس خروجی ژنراتور مطابقت دارد و ولتاژ مناسب و خروجی ثابت را فراهم می کند. پنج ثانیه ضربه زدن به کف دست، جریان کافی برای راه اندازی قفل درب بی سیم خودرو تولید می کند.
سیمیائو نیو، دانشجوی فارغ التحصیل و نویسنده اصلی مقاله ای که اخیراً در مجله Nature Communications منتشر شده است، می گوید: مدار مدیریت انرژی کلید افزایش کارایی است . بدون مدار، راندمان شارژ زیر ۱ درصد است، اما با آن ما توانسته‌ایم بازدهی ۶۰ درصدی را نشان دهیم.»
وانگ با اشاره به سنسورهای دما، مانیتورهای ضربان قلب، گام‌سنج‌ها، ساعت‌ها، ماشین‌حساب‌های علمی و فرستنده‌های بی‌سیم RF گفت: «این واقعاً تعداد برنامه‌های ممکن را افزایش می‌دهد.
اگرچه سیستم خود نیرو در ابتدا برای جذب انرژی بیومکانیکی انسان توسعه داده شد، اما محققان چهار حالت مختلف را برای تبدیل سایر منابع انرژی مکانیکی محیطی مانند امواج اقیانوس، وزش باد، ضربه های صفحه کلید و چرخش لاستیک ایجاد کرده اند.
عکس-ژونگ لین وانگ
ژونگ لین وانگ، پروفسور Regents، دانشکده علوم و مهندسی مواد، گفت: “سیستم تریبوالکتریک واقعاً تعداد کاربردهای ممکن را گسترش می دهد.”
عکس: راب فلت
جزوه تکنولوژی مولد قدرت
رکتنا نوری
محققان به سرپرستی Baratunde Cola، دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک جورجیا تک، اولین رکتنا نوری شناخته شده را توسعه داده اند – فناوری که می تواند کارآمدتر از سلول های خورشیدی امروزی و ارزان تر باشد.
رکتن ها که بخشی از آنتن و بخشی یکسو کننده هستند، انرژی الکترومغناطیسی را به جریان الکتریکی مستقیم تبدیل می کنند. ایده اصلی از دهه ۱۹۶۰ وجود داشته است، اما تیم کولا با تکنیک های ساخت نانومقیاس و فیزیک های مختلف این امکان را فراهم می کند. او توضیح داد: “به جای تبدیل ذرات نور، کاری که سلول های خورشیدی انجام می دهند، ما امواج نور را تبدیل می کنیم.”
کلید این فناوری آنتن هایی به اندازه کافی کوچک برای مطابقت با طول موج نور (حدود یک میکرون) و یک دیود فوق سریع است که تا حدی با ساخت آنتن روی یکی از فلزات دیود به دست می آید. کولا این فرآیند را شرح می دهد:
نانولوله های کربنی به صورت عمودی از یک بستر رشد می کنند.
با استفاده از رسوب لایه اتمی، نانولوله ها با اکسید آلومینیوم پوشانده می شوند تا به عنوان عایق عمل کنند.
لایه های بسیار نازکی از فلزات کلسیم و آلومینیوم در بالا قرار می گیرند تا به عنوان آند عمل کنند.
عکس – مرد مینیاتوری که جلوی تلویزیون کوچک ایستاده است
همانطور که نور به نانولوله های کربنی برخورد می کند، باری از طریق یکسو کننده حرکت می کند که برای ایجاد جریان مستقیم کمی روشن و خاموش می شود. ساختار فلز-عایق-فلز-دیود آنقدر سریع است که با سرعت ۱ کوادریلیون بار در ثانیه باز و بسته می شود. جزوه تکنولوژی مولد قدرت
از منظر عملکرد، دستگاه ها در حال حاضر کمتر از ۱ درصد راندمان کار می کنند. با این حال، از آنجایی که تئوری با آزمایش‌های آزمایشگاهی مطابقت دارد، کولا امیدوار است راندمان طیف وسیع را تا ۴۰ درصد افزایش دهد (که در مقایسه با ۲۰ درصد راندمان سلول‌های خورشیدی سیلیکونی است). سایر مزایای مهم: رکتنا نوری در دماهای بالا کار می کند و تولید انبوه باید ارزان باشد. این فناوری همچنین می تواند روی فرکانس های مختلف تنظیم شود، بنابراین می توان از رکتنا به عنوان آشکارساز یا در برداشت انرژی استفاده کرد.
محققان اکنون بر روی کاهش مقاومت تماس و رشد نانولوله ها بر روی بسترهای انعطاف پذیر برای کاربردهایی که نیاز به خم شدن دارند، متمرکز شده اند. این کار توسط دارپا، مرکز سیستم های جنگ فضایی و دریایی و دفتر تحقیقات ارتش پشتیبانی شده است.
پروفسور باراتوند کولا، دانشیار فناوری جورجیا، توان تولید شده با تبدیل نور لیزر سبز به الکتریسیته را با استفاده از یک رکتنا نوری نانولوله کربنی اندازه گیری می کند.
پروفسور باراتوند کولا، دانشیار فناوری جورجیا، توان تولید شده با تبدیل نور لیزر سبز به الکتریسیته را با استفاده از یک رکتنا نوری نانولوله کربنی اندازه گیری می کند.
عکس ها: راب فلت
انرژی پالپ
اگرچه انتشار سوخت های فسیلی ممکن است عامل اصلی گرمایش جهانی باشد، اما نگرانی های فزاینده ای در مورد آسیب های زیست محیطی ناشی از وسایل الکترونیکی دور ریخته شده وجود دارد.
محققان مرکز فوتونیک و الکترونیک آلی جورجیا تک (COPE) و موسسه محصولات زیستی تجدیدپذیر در حال توسعه الکترونیک مبتنی بر کاغذ – سلول های خورشیدی آلی، دیودهای ساطع کننده نور آلی (OLED) و ترانزیستورهای اثر میدان آلی (OFET) – ساخته شده بر روی سلولز هستند. بسترهای مبتنی بر پایه که به راحتی قابل بازیافت هستند. جزوه تکنولوژی مولد قدرت
استفاده از کاغذ برای زیرلایه ها سر و صدای قابل توجهی در بین محققان ایجاد کرده است، اما تخلخل بالا و زبری سطح آن چالش هایی را ایجاد می کند. قطعات الکترونیکی ارگانیک امروزی از لایه های نیمه بب بسیار نازک مبتنی بر کربن استفاده می کنند – حدود ۱۰۰۰ برابر نازکتر از موی متوسط انسان. برنارد کیپلن، مدیر COPE و استاد دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر جورجیا تک، توضیح داد: «از آنجایی که آنها بسیار نازک هستند، شما به بسترهای تقریباً اتمی صافی نیاز دارید که سطح آن تا یک نانومتر باشد.
برای رفع این مشکل، تیم کیپلن از نانوکریستال‌های سلولز (CNC)، نوعی ماده چوبی واندرکایند، جزوه تکنولوژی مولد قدرت برای توسعه دستگاه‌های نیمه‌رسانای جدید استفاده می‌کند و نشان می‌دهد که CNCها جایگزین مناسبی برای بسترهای پلاستیکی سنتی هستند – در حالی که مزایای زیست‌محیطی جدیدی را ارائه می‌دهند. دستگاه های ساخته شده بر روی این بسترها را می توان به راحتی در آب حل کرد و به مواد نیمه رسانا و لایه های فلزی اجازه فیلتر و بازیافت را می دهد.
برنامه های کاربردی به اقتصاد و عملکرد بستگی دارد. برای سلول های خورشیدی مبتنی بر CNC، محققان بازده تبدیل توان ۴ درصد را به دست آورده اند. کیپلن گفت، راندمان را می توان تا ۱۰ درصد افزایش داد، اما به مواد گران تری نیاز دارد. بنابراین به جای اینکه مزارع خورشیدی مبتنی بر کاغذ به یک امر عادی تبدیل شوند، او برنامه های کم مصرف مانند پوشش های کامپیوتری و ماوس پد را برای سلول های خورشیدی مبتنی بر CNC پیش بینی کرد.
OLED های مبتنی بر سلولزی که عملکردی قابل مقایسه با دستگاه های ف01445241 دارند، پتانسیل بیشتری برای پذیرش در بازار نشان می دهند. کیپلن گفت: «روند نمایشگرهای صفحه تخت اندازه بزرگتر و وضوح بالاتر است. با این حال، زیرلایه‌های شیشه‌ای به دلیل استحکام و شکستنی بودن، مشکلاتی در تولید و حمل و نقل ایجاد می‌کنند. و پلاستیک در چرخه عمر پایان محصول با مشکلاتی مواجه است.
با این حال، با هزینه کم و انعطاف پذیری OLED های مبتنی بر کاغذ، نمایشگرهای صفحه تخت می توانند به اندازه یک دیوار باشند.
سوخت از آسمان
در پروژه جالب دیگری، محققان به رهبری پیتر لوتزنهایزر از انرژی خورشیدی برای معکوس کردن فرآیند احتراق و تولید گاز سنتز (مخلوطی از هیدروژن، مونوکسید کربن و مقادیر کمی دی اکسید کربن) استفاده می کنند که می تواند به سوخت هایی مانند نفت سفید و بنزین تبدیل شود. .
Loutzenhiser، استادیار دانشکده مهندسی مکانیک جورجیا تک توضیح داد: به جای استفاده از منابع فسیلی برای تولید سوخت، ما از محصولات جانبی احتراق (آب و دی اکسید کربن) برای انرژی دادن مجدد به سیستم با خورشید استفاده می کنیم.
محققان در حال مطالعه یک فرآیند دو مرحله ای با استفاده از اکسیدهای فلزی هستند که می توانند آب و دی اکسید کربن را تجزیه کنند. مرحله اول، که بین ۱۱۰۰ تا ۱۸۰۰ درجه سانتیگراد رخ می دهد، اکسیژن را از مواد اکسید فلزی کاهش می دهد یا از آن خارج می کند. سپس در دمای حدود ۳۰۰ تا ۹۰۰ درجه سانتیگراد، یا آب یا دی اکسید کربن در مرحله دوم وارد می شود. این دماهای پایین‌تر برای اکسیداسیون مجدد مطلوب هستند، که اکسید فلز را قادر می‌سازد تا اکسیژن را از آب یا دی اکسید کربن پس بگیرد و در نتیجه هیدروژن یا مونوکسید کربن ایجاد شود. Loutzenhiser گفت: ” جزوه تکنولوژی مولد قدرت دو مرحله مهم هستند – در غیر این صورت اکسیژن با مونوکسید کربن یا هیدروژن دوباره ترکیب می شود و در نتیجه گرمایی آزاد می شود که سپس از بین می رود.”
محققان نشان داده‌اند که این فناوری با اکسید روی کار می‌کند، اما آنها به دنبال موادی هستند که می‌توانند واکنش‌ها را تسریع کنند و دمای مرحله اول را کاهش دهند. Loutzenhiser توضیح داد: “شما چیزی می خواهید که در پایین ترین دمای ممکن در مرحله دمای بالا کاهش یابد و در مرحله دوم قادر به گرفتن اکسیژن از دی اکسید کربن یا بخار آب باشد.”
اخیراً، این گروه با مواد رسانای الکترونیک یونی مخلوط به نتایج امیدوارکننده ای دست یافت. اکنون آنها سعی می کنند این مواد را تنظیم کنند تا مولکول های CO2 یا مولکول های بخار آب را در دماهای پایین تر از هم جدا کنند.
لوتزنهایزر گفت: در صورت تجاری سازی، این فناوری می تواند مناطق بیابانی را به مزارع سوخت تبدیل کند: «به جای بیرون کشیدن سوخت از زمین، می توانیم دی اکسید کربن را از هوا بیرون بکشیم و از خورشید برای تبدیل آن با آب به یک وسیله ذخیره سازی طولانی مدت استفاده کنیم. که می تواند بدون تغییر در زیرساخت های حمل و نقل در سراسر جهان حمل و استفاده شود.”
سلام سوپرکاپ های گرافن، باتری های خداحافظی؟
ابرخازن‌ها که در همه چیز از کاربردهای نظامی گرفته تا آسانسور و اتومبیل استفاده می‌شوند، منابع جذابی برای انرژی پاک هستند، زیرا به سرعت شارژ و تخلیه می‌شوند و عمر طولانی دوچرخه‌سواری دارند. اما یک اشکال بزرگ وجود دارد: چگالی انرژی پایین.
Meilin Liu، پروفسور Regents در دانشکده علوم و مهندسی مواد جورجیا تک، خاطرنشان کرد: ابرخازن‌های جزوه تکنولوژی مولد قدرت امروزی تنها یک دهم چگالی انرژی باتری‌های لیتیوم یونی دارند. برای اینکه دستگاه همان انرژی الکتریکی را به شما بدهد، دستگاه باید بسیار بزرگتر باشد.»
لیو با همکاری CP Wong، یکی دیگر از پروفسورهای Regents، در حال توسعه ابرخازن‌های مبتنی بر گرافن است که در عین حفظ قدرت بالا و عمر عملیاتی طولانی، چگالی انرژی را افزایش می‌دهد. این تحقیق توسط ARPA-E تامین مالی می شود.
گرافن یک ماده دو بعدی است که جریان الکتریسیته را بهتر از مس هدایت می کند و هم سبک تر از فولاد و هم ۱۰۰ برابر قوی تر است. با این حال گرافن تمایل دارد که روی هم چیده شود و گرافیت را تشکیل دهد. برای جلوگیری از این امر، محققان فاصله‌کننده‌های مولکولی را بین صفحات گرافن قرار می‌دهند و ساختار متخلخل سه بعدی ایجاد می‌کنند که ظرفیت ۴۰۰ فارادی در گرم را نشان می‌دهد – چهار برابر بیشتر از ابر کلاهک‌های ف01445241.
محققان همچنین با پراکندگی ترکیبات فلزات واسطه در ساختار مبتنی بر گرافن، ظرفیت خازنی را بهبود بخشیده اند.