TVashchenko

Круассаны изготавливаются путем прессования и складывания теста для создания слоеной выпечки. Исследователи применили эту технику к диэлектрическому конденсатору, который является устройством для накопления энергии в качестве батареи.

Спрессовывая и складывая конденсатор из полимерной пленки — конденсатора с изолирующей пластиковой пленкой — они смогли сохранить в 30 раз больше энергии, чем это удавалось самому продаваемому из имеющихся на рынке диэлектрическому конденсатору с биаксильно-ориентированной полипропиленовой пленкой (БОПП).

Данное исследование было опубликованное 18 октября 2019 года в журнале Nature Communications. Оно показывает, что это самая высокая плотность энергии из когда-либо установленных для полимерных пленочных конденсаторов.

Возобновляемые и устойчивые источники энергии, такие как солнце и ветер, являются прерывистыми по своей природе, поэтому для их более широкого практического использования необходимо разработать эффективные, недорогие и экологически чистые системы хранения электроэнергии.

Доктор Эмилиано Билотти, ведущий исследователь данного проекта из Лондонского университета королевы Марии, отметил, что хранение энергии может быть чрезвычайно сложным и дорогим, что проблематично для возобновляемых источников, которые не являются постоянными и зависят от природы. С помощью этой техники можно аккумулировать большое количество возобновляемой энергии, которая будет использоваться при отсутствии солнечных лучей и ветра.

В настоящее время существует три основных варианта накопления энергии: батареи, электрохимические конденсаторы и диэлектрические конденсаторы.

Диэлектрические конденсаторы обычно имеют сверхвысокую плотность энергии, что делает их пригодными для технологий с высокой и импульсной мощностью — они требуют накопления энергии в течение определенного периода времени и последующего очень быстрого ее высвобождения. Примерами этого являются моторные приводы, мобильные энергетические системы, космические энергосистемы и электрохимическое оружие.

Однако диэлектрические конденсаторы ограничены низким объемом энергии, которую они могут хранить текущим образом. Данная разработка устраняет это ограничение.

Профессор Майк Рис, другой автор исследования из Лондонского университета королевы Марии рассказал, что полученный результат обещает оказать существенное влияние на области применения импульсной энергии и может привести к изменениям в области диэлектрических конденсаторов, которые пока ограничены их низкой плотностью накопления энергии.

Для достижения высокой плотности энергии в полимерных пленочных конденсаторах обычно необходимы дорогостоящие и сложные способы синтеза и обработки. Новая технология обработки, прессования и складывания уникальна своей простотой, рекордно высокой эффективностью и потенциалом для применения в промышленности.

Источник: https://scitechdaily.com.

Открытие ученых из Уорикского университета ставит под сомнение принятое правило дизайна органических солнечных элементов. Основные его тезисы:

• Может способствовать созданию недорогих, гибких и стабильных органических солнечных батарей для использования на транспортных средствах, изогнутых поверхностях и окнах.
• Уменьшение площади поверхности электродов в органических солнечных элементах не снижает производительность, если проводящие части расположены близко друг к другу.
• Композиты из изолирующих полимеров и проводящих наночастиц могут иметь преимущества перед ограниченным диапазоном материалов, используемых в настоящее время.

Благодаря открытию, которое бросает вызов традиционному представлению об одном из ключевых компонентов органических солнечных батарей, их можно будет использовать на различных изогнутых поверхностях, например, на корпусе автомобиля. Как известно, они состоят из смеси органических молекул для поглощения солнечного света и преобразования его в электричество.

Основной элемент устройства включает в себя тонкую пленку органических полупроводников, зажатую между двумя электродами. Она выводит во внешнюю цепь генерируемые заряды. Принято считать, что 100% поверхности каждого электрода должно быть электропроводным, чтобы максимизировать эффективность извлечения заряда.

Но ученые из Уорикского университета обнаружили, что на самом деле для продуктивной работы подобных конструкций электроды нуждаются в электропроводности примерно на 1% площади их поверхности. Это открывает возможности для использования целого ряда композитных материалов для повышения производительности и снижения стоимости. Об этом стало известно 11 сентября 2019 года из публикации в журнале «Advanced Functional Materials».

Доктор Р.Хаттон, научный руководитель данного исследования из факультета химии Уорикского университета заявил о том, что они поставили под сомнение широко распространено мнение относительно необходимости максимального увеличения площади поверхности между электродами и органическими полупроводниками для оптимизации работы солнечных элементов.

Ученые разработали модель электрода, на котором можно систематически изменять площадь поверхности. В итоге оказалось, что эффективность работы системы была одинаковой при электропроводности всей поверхности или всего лишь одного ее процента, при условии близкого расположения проводящих областей.  

Высокопроизводительные органические солнечные элементы имеют дополнительные прозрачные слои между электродами и улавливающими свет полупроводниками. Они необходимы для оптимизации распределения света в устройстве и повышения его стабильности, а также для проведения заряда к электродам. Это непростая задача и лишь некоторые материалы отвечают всем названным требованиям.

Одна из исследовательниц, доктор Динеша Дабера, объясняет, что данный вывод показывает большой потенциал в использовании комбинаций изоляторов и проводящих наночастиц, таких как углеродные нанотрубки, фрагменты графена или металлические наночастицы, что повысит производительность устройства и снизит его стоимость.

Она также отметила близость коммерциализации подобных продуктов, но для этого нужно найти методы еще большего сокращения расходов и одновременного повышения производительности.

Доктор Хаттон в своем интервью объясняет, что их  разработка продемонстрировала правило проектирования для такого типа солнечных батарей, которое открывает гораздо большие возможностей для выбора материалов и, таким образом, поможет обеспечить их коммерческую реализацию.

Органические солнечные элементы абсолютно безвредны для окружающей среды, поскольку они не содержат токсинов и могут эксплуатироваться при невысоких температурах, обеспечивая низкие углеродные показатели и короткое время окупаемости.  

Доктор Хаттон отмечает возрастающую потребность в гибких солнечных батареях, которые имеют небольшой вес и варьируются по цвету. Традиционные кремниевые аналоги отлично подходят для масштабного производства электроэнергии на солнечных станциях и крышах зданий, но они плохо приспособлены к потребностям электромобилей и современных оконных конструкций. В противовес им, органические солнечные устройства достаточно легкие и могут использоваться на изогнутых поверхностях.

Данное открытие позволит разработчикам создать доступные и функциональные образцы, предоставив больше возможностей для выбора материалов.

Источник: https://scitechdaily.com.

Если сама только мысль о перелетах на авиасуднах с аккумуляторами вызывает у вас переживания, спешим вас успокоить. Ученые нашли возможность превращать диоксид углерода в жидкое топливо, обеспечивая таким образом питание даже массивных видов транспорта, таких как корабли, самолеты, грузопоезда.

Повторное использование СО2 станет альтернативой захоронению углекислого газа под землей. Согласно недавней публикации в специализированном журнале, ученые из Стэнфордского и Датского технического университетов смогли с помощью электричества и распространенного в природе катализатора превратить углекислый газ (СО2) в источник энергии оксид углерода (СО) эффективнее, чем это удавалось сделать ранее другими методами. В роли катализатора использовали оксид церия, который более устойчив к воздействию.

Такая технология производства СО из СО2 является первым шагом к превращению углекислого газа не только в жидкое топливо, но и в прочие вещества, например, пластмассы и искусственный газ. А вот присоединение водорода к СО позволит получить другие виды топлива — синтетическое дизельное и аналог реактивного. Разработчики намерены применять возобновляемую энергию для продуцирования оксида углерода и дальнейшей переработки, что позволит создать вещества с нулевым уровнем углеродных выбросов.

Соавтор статьи Уильям Чу рассказал, что им удалось продемонстрировать превращение СО2 в СО с помощью электричества со 100%-ой селективностью и без образования нежелательного побочного продукта в виде твердого углерода. Зная о разработках в этом направлении, он пригласил двух ученых из Датского технического университета (ДТУ) для совместной работы над данным исследованием — Кристофера Грейвса и Тейса Скафте. Последний из них является ведущим автором разработки и докторантом ДТУ. Он признался, что несколько лет работал с коллегами над высокотемпературным электролизом углекислого газа, но нынешнее сотрудничество принесло успех, которого бы не было без синергии.

Препятствия на пути преобразования

Достоинством при использовании жидких видов топлива можно назвать эксплуатацию имеющейся инфраструктуры – заправок, системы трубопроводов, двигателей. При электрификации транспортных средств это невозможно. Значительный вес аккумуляторов и длинные маршруты также препятствуют электрификации воздушных и водных судов. А вот для углеродно-нейтрального топлива это не станет проблемой.

Несмотря на то, что растения природным путем уменьшают содержание парникового газа, превращая его в  богатые углеродом сахара, небиологический метод получения СО еще не нашел повсеместного применения. Основные причины этого: устройства требуют существенных электрозатрат, расщепляют низкий процент молекул CO2 или продуцируют чистый углерод, способный испортить саму установку. Ученые в новом исследовании сначала проанализировали то, как различные устройства преуспевали и терпели неудачу в электролизе CO2.

После этого команда начала тестирование конверсии по двум направлениям – производились опыты с оксидом церия и обычными никелевыми катализаторами. В результате исследований электрод из церия оставался неповрежденным, а вот никелевый пострадал из-за углеродных отложений, что намного сокращало срок службы последнего.

К. Грейвс подчеркнул огромное значение такой способности церия для фактического срока службы электролизеров углекислого газа. Таким образом, замена нынешнего никелевого электрода образцом из церия в будущем увеличит продолжительность работы устройства.

На пути к коммерциализации

Решение проблемы быстрого повреждения электрода поможет существенно уменьшить производственные расходы при получении оксида углерода. Устройство нового типа не накапливает углерод, что позволяет ему преобразовывать больше СО2 в СО (в современных девайсах это ограничено менее 50%-ой концентрацией оксида углерода). Все это приведет к уменьшению общего уровня расходов.

Один из авторов статьи рассказывает, что принцип работы устройства с церием основан на улавливании углерода в стабильной окисленной форме. Ученые смогли объяснить это с помощью вычислительных моделей восстановления углекислого газа при повышенной температуре, что затем было подтверждено результатами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии действующей установки.

Дороговизна удерживания СО2 препятствовала захоронению газа под землей в значительном количестве, а также могла бы стать преградой для создания из него жидкого топлива и различных химикатов. Но оптимизация цены продуктов в совокупности с выплатами за устранение вредных углеродных выбросов сделает технологию на основе СО2 выгодной.

Ученые прогнозируют, что их разработки методов электролиза СО2 с помощью спектроскопии и моделирования станут толчком для изучения поверхностных свойств церия и других оксидов, что приведет к более эффективным процессам переработки углекислого газа.

Источник: https://scitechdaily.com.

Международная группа ученых научилась удерживать тепло, которое было бы просто потеряно, и превращать его в электричество.

Об этом открытии недавно сообщалось в журнале Science Advances. С его помощью можно было бы эффективнее использовать в качестве источника тепла выхлопные газы автомобилей, межпланетные космические установки и промышленные процессы.

По словам Джозефа Хереманса, одного из авторов исследования и выдающегося ученого Государственного университета Огайо, это открытие позволит производить больше электрической энергии из тепла, чем это делают сегодня. И в его основе – то, что до сих пор считалось невозможным.

Речь идет о парамагнетиках – микрочастицах, которые не являются магнитами, но несут некий магнитный поток. Это важно, поскольку магниты при нагревании теряют свою магнитную силу и становятся так называемыми парамагнитными. Магнитный поток создает такой тип энергии, который ранее не мог использоваться для получения электричества при комнатной температуре.

Ученые обнаружили новый способ проектирования термоэлектрических полупроводников — материалов, преобразующих тепло в электричество. Обычные термоэлектрики, которые появились 20 и более лет назад, слишком неэффективны и дают мало энергии, поэтому практически не используются. Открытие меняет такой подход.

Магниты являются важной частью аккумуляции энергии от тепла: когда одна их сторона нагревается, другая — холодная — становится более магнитной и провоцирует вращение, которое толкает электроны в магните и создает электричество.

Парадокс заключается в том, что при нагревании магниты теряют большую часть своих магнитных свойств, превращаясь в парамагнетики. Ранее их никто не использовал для сбора тепла, потому что ученые считали их неспособными аккумулировать энергию.

Но сейчас выяснилось, что парамагнетики толкают электроны только на одну миллиардную миллионную долю секунды — достаточно долго, чтобы сделать их действующими источниками энергии.

Исследовательская группа начала тестирование парамагнетиков, чтобы установить — смогут ли они произвести необходимые вращения при правильных обстоятельствах.

Хереманс уверяет, что им удалось обнаружить тот тип вращения парамагнетиков, который действительно толкает электроны. И это, по его словам, может позволить аккумулировать энергию.

Источник: https://scitechdaily.com.

На днях в журнале Joule была опубликована интересная информация: недорогой термоэлектрический девайс преобразует энергию ночного холода в электричество, питающее светодиод. Ученые Калифорнийского университета, работающие над данным исследованием, подчеркивают уникальность работы системы в то время, когда солнечная энергия отсутствует, то есть ночью. Они прогнозируют дальнейшее развитие подобного подхода, который особенно подойдет для удаленных территорий, где необходима выработка электроэнергии в ночное время.

Несмотря на то, что солнечная энергия является мощным возобновляемым источником энергии, аналога, работающего во время отсутствия солнечных лучей, до этого времени не существовало. Конечно, фонари на солнечных батареях могут освещать пространство ночью, но это увеличивает расходы.

Устройство, о котором идет речь, не нуждается в солнечной энергии, а использует исключительно охлаждение, во время которого поверхность возвращает в атмосферу естественное тепло, полученное за день, достигая температур ниже окружающего воздуха. Этот феномен объясняет появление заморозков на траве в морозные дни, он также может быть использован для генерации электроэнергии при перепаде температур в дневное и ночное время.

Ученые протестировали свое изобретение под ясным декабрьским небом Стенфорда. Девайс, состоящий из полистирола и алюминия, разместили на высоте одного метра от крыши здания. Когда термоэлектрический модуль устройства был подключен к преобразователю повышения напряжения и белому светодиоду, исследователи заметили, что он пассивно питал свет. Они также измерили его исходную мощность в течение шести часов, обнаружив, что он вырабатывает до 25 милливатт энергии на квадратный метр. По мнению А.Рамана, главного автора разработки, она выводит на первый план новые возможности для выработки энергии, используя холод космоса как возобновляемый энергетический ресурс.

Учитывая то, что охладитель состоит из простого алюминиевого диска, покрытого краской, и все остальные компоненты можно приобрести в любом магазине, А.Раман и команда считают, что устройство можно легко масштабировать для практического использования. Несмотря на то, что количество электричества, которое он вырабатывает на единицу площади, остается относительно небольшим, что ограничивает его широкое применение на данный момент, исследователи прогнозируют вероятность увеличения мощности в 20 раз. Например, при работе в более жарком и сухом климате.

Источник:https://scitechdaily.com.