將大型電池的電化學性能轉化為微型電源一直是一項長期存在的技術挑戰(zhàn),限制了電池為微型設備、微型機器人和植入式醫(yī)療設備供電的能力。伊利諾伊大學香檳分校的研究人員創(chuàng)造了一種高壓微型電池 (> 9 V),具有高能量和高功率密度,是任何現(xiàn)有電池設計都無法比擬的。
鋰離子電池改變了日常生活——幾乎每個人都擁有智能手機,路上可以看到更多的電動汽車,它們還能在緊急情況下保持發(fā)電機運轉。隨著越來越多的便攜式電子設備、電動汽車和大規(guī)模電網(wǎng)實施上線,對安全且價格合理的高能量密度電池的需求持續(xù)增長。
UCL 和伊利諾伊大學芝加哥分校的研究人員發(fā)現(xiàn),微小、無序的氧化鎂鉻顆??赡苁切滦玩V電池儲能技術的關鍵,與傳統(tǒng)鋰離子電池相比,這種技術可能具有更高的容量。 報告了一種新的、可擴展的方法來制造一種材料,這種材料可以在高壓下可逆地儲存鎂離子,這是陰極的決定性特征。
現(xiàn)代物理學中一些最激動人心的話題,例如高溫超導體和量子計算機的一些提議,歸結為當這些系統(tǒng)在兩個量子態(tài)之間徘徊時發(fā)生的奇異事物。 不幸的是,事實證明,了解在這些點(稱為量子臨界點)發(fā)生的事情具有挑戰(zhàn)性。數(shù)學往往太難解決,今天的計算機并不總是能夠模擬發(fā)生的事情,特別是在涉及任何可觀數(shù)量原子的系統(tǒng)中。
可攝入傳感器的未來可能是硅基電路和可生物降解材料的混合體,電池由營養(yǎng)物質(zhì)制成并依靠胃液運行。 至少,這是卡內(nèi)基梅隆大學材料科學和生物醫(yī)學工程助理教授克里斯托弗貝廷格的愿景。他的團隊正在研究可食用電子產(chǎn)品以及為它們供電的方法。可攝入傳感器可以提供細菌感染早期跡象的腸道檢查,尋找克羅恩病等胃腸道疾病的癥狀,監(jiān)測藥物的攝入,甚至研究人體內(nèi)的微生物組。
任何愛好者都可以快速為電池充電,但您能否在不發(fā)生爆炸、過熱或電池循環(huán)壽命大幅下降的情況下充電? 許多公司已經(jīng)管理通常使用專門算法的快速充電技術。這些算法考慮了電池的化學性質(zhì)和某種非標準充電率曲線。許多設備制造商和無線運營商現(xiàn)在為智能手機設備提供至少兩年的保修,將 800 次循環(huán)設置為電池的電池循環(huán)壽命。
作為下一代電池的能量載體,鎂是很有前途的候選者。然而,鎂電池若要替代鋰離子電池,還需提高循環(huán)性能和容量。為此,一個研究團隊專注于一種具有尖晶石結構的新型正極材料。經(jīng)過廣泛的表征和電化學性能實驗,他們發(fā)現(xiàn)了一種特殊的成分,可以為高性能鎂充電電池打開大門。
當前很多媒體關注電池,以及重要的研發(fā)工作和商業(yè)投資,專注于高容量、功率密集的可充電(二次)電池。當然,這種觀點很有意義,因為它們用于電動汽車 (EV) 和其他更高功率的、通常是移動的情況。
我們經(jīng)常談論和擔心電池:它們的壽命、安全問題、充電/放電、溫度影響和許多其他問題,以至于很容易忘記電池供應鏈中的一個重要環(huán)節(jié):連接器。過去一周發(fā)生的兩件事,一個在當前范圍的極低端,另一個在更高的范圍,提醒我,如果沒有牢固的連接,最好的電池也是無用的。
在夏威夷海岸,我們的系統(tǒng)顯然包含 Vicor 組件。我們將在海底運行水下自動駕駛汽車和多個數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。海上的可再生能源設備和波浪能設備從未做到這一點。所以這是開創(chuàng)性的東西。這是其中令人興奮的部分。我的意思是,能夠將新的可再生資源真正帶入主流商業(yè)市場、研究市場、國防和安全市場,對我們所有人來說都是令人興奮的。所以這很令人興奮,但它是新的。我們正在這里開辟新天地。
我們提到了 Project Natick。微軟建造了一個 40 英尺長的管子,并用 12 個機架裝載了總共 864 臺服務器,然后沉入了蘇格蘭附近的北海。電力來自附近的陸上風電場。微軟報告稱,水下數(shù)據(jù)中心的服務器的故障率是其陸上對照組的 1/8。該公司正在繼續(xù)開展 Project Natick。
在可再生能源系統(tǒng)方面,公司最近試圖利用三種主要能源:太陽、風和海浪。太陽能電池板現(xiàn)在幾乎無處不在。風力渦輪機裝置在陸地和海上變得越來越普遍。然而,我們還沒有看到太多的是波浪能。不過,新的能量浪潮可能是波浪能。 世界正在轉向可再生能源。不夠快——還沒有——但它正在發(fā)生。經(jīng)典的可再生能源是水電。如果到處建造巨大的水壩很容易逃脫,我們早就做到了。
這就是嘗試所有這些不同事物的令人興奮的地方。因為如果其中一些有效,從長遠來看,這可能是一條更好的聚變能途徑。我們需要學習什么?每個人都面臨著一系列共同的挑戰(zhàn),并試圖弄清楚如何克服?我的意思是,你說的是最重要的三個因素,但是要實現(xiàn)可持續(xù)的聚變反應或維持聚變反應,喂養(yǎng)它,是否有具體的挑戰(zhàn)?在這一點上,該行業(yè)仍需要克服哪些挑戰(zhàn)?
最近我們看到了變化,特別是最近在英國,政府現(xiàn)在發(fā)布了一項聚變戰(zhàn)略,表示他們希望將聚變能源商業(yè)化。他們還在制定監(jiān)管框架,這將為行業(yè)中的公司提供確定性。美國也有活動,他們正在推動公私合作。所以世界各地發(fā)生了各種各樣的事情。實際上,中國也對聚變很感興趣,日本也一樣。因此,在能源和氣候背景下,圍繞核聚變發(fā)生了很多事情。
今天我們將討論核聚變作為能源的前景。如果科學能夠弄清楚如何制造聚變發(fā)電機,那么聚變能源將成為世界所希望的一種強大而清潔的能源。但是經(jīng)過半個世紀和數(shù)不清的數(shù)十億美元的研究之后,沒有人可以控制這個過程。包括不少核工程師在內(nèi)的一些人得出結論,商業(yè)聚變是白日夢。然而,今年突然之間,這個話題又開始引起了很多關注。