Tyrėjai sukūrė pirmąjį pasaulyje kuro elementą iš nerūdijančio plieno, galintį maitinti išmaniuosius telefonus savaitę ir pailginti drono skrydžio laiką daugiau nei vienai valandai
Per pastarąjį dešimtmetį mobiliosios technologijos sparčiai tobulėjo. Išmanieji telefonai, išmanieji laikrodžiai, fotoaparatai ir dronai tapo išmanesni ir galingesni nei bet kada anksčiau.
Tačiau kuriant šias technologijas visada buvo susidurta su vienu dideliu iššūkiu – energijos tiekimu.
Naudojant naujoviškus plieno medžiagų pritaikymus, šis apribojimas netrukus gali būti įveiktas, sukuriant naujos kartos galios sprendimus ateities elektroniniams įrenginiams.
Ilgesnė{0}}baterijos technologija
Pietų Korėjos Pohango mokslo ir technologijų universiteto mokslininkai, vadovaujami profesoriaus Gyeong Man Choi ir doktorantūros mokslininko Kun Joong Kimo, sukūrė naujo tipo kuro elementus, sujungdami akytas nerūdijantį plieną su plonasluoksniais{0}}elektrolitais ir elektrodais, kurių šiluminė talpa yra minimali.
Naujasis dizainas užtikrina didesnį patvarumą ir ilgesnį tarnavimo laiką, palyginti su tradiciniais ličio{0}}jonų akumuliatoriais.
Kuro elementas gali maitinti išmanųjį telefoną vieną savaitę po vieno įkrovimo.
Tyrėjai sukūrė miniatiūrinį kietojo oksido kuro elementą (SOFC), kuris gali suteikti pakankamai energijos, kad išmanieji telefonai veiktų maždaug vieną savaitę, o bepiločiai – ilgiau nei vieną valandą.
Jie taip pat pasiūlė, kad, atsižvelgiant į jos struktūrinius pranašumus, ši technologija galėtų būti išplėtota į didesnius ir pigesnius kuro elementus naujos kartos{0}}automobilių energijos sistemoms.
Naudodamas oksidinį elektrolitą, kuro elementas perneša deguonies jonus į kuro elektrodą, paversdamas vandenilį elektros energija.
Tradiciniuose miniatiūriniuose kietojo oksido kuro elementuose kaip pagalbinė medžiaga dažnai naudojamas silicis. Tačiau šiluminis silicio ir elektrolito medžiagų neatitikimas gali greitai suirti eksploatacijos metu.
Nerūdijančio plieno šerdis
Siekdamas įveikti šiuos apribojimus, profesorius Choi pasirinko dizainą, pagrįstą akytu nerūdijančiu plienu.
Palyginti su silicio{0}}pagrindo konstrukcijomis, nerūdijančio plieno konstrukcija pagerino kuro elementų veikimą ir ilgaamžiškumą.
Pasak profesoriaus Choi ir jo tyrimų grupės, nerūdijantis plienas buvo pasirinktas dėl puikaus termodinaminio stabilumo, mechaninio stiprumo ir atsparumo oksidacijos bei redukcijos reakcijoms.
Pažangiems energijos įrenginiams, pvz., mikro{0}}SOFC sistemoms, medžiagų pasirinkimas yra labai svarbus. Nerūdijančio plieno gaminiai, tokie kaip 304 nerūdijančio plieno plokštė, plačiai naudojami tiksliuose įrenginiuose dėl subalansuoto atsparumo korozijai, mechaninių savybių ir gamybos savybių.
Tuo tarpu 316 nerūdijančio plieno plokštė užtikrina didesnį atsparumą korozijai dėl joje esančio molibdeno kiekio, todėl tinka reiklesnėms aplinkoms, kur reikalingas medžiagos stabilumas.
Pažangi nerūdijančio plieno gamyba energijos reikmėms
Miniatiūrinis kuro elementas buvo pagamintas naudojant juostos liejimo ir laminavimo procesą (TCL), techniką, panašią į 3D spausdinimą, leidžiančią tiksliai gaminti plono sluoksnio struktūras.
Nerūdijančio plieno lakštų naudojimas leidžia inžinieriams sukurti lengvus ir labai tikslius komponentus, išlaikant konstrukcijos tvirtumą.
Naujos{0}}kartos energijos technologijoms gamintojai vis dažniau reikalauja medžiagų, kurios derina:
- Didelis stiprumas
- Terminis stabilumas
- Atsparumas korozijai
- Tikslus matmenų valdymas
Dėl šių reikalavimų nerūdijantis plienas yra svarbus medžiagų pasirinkimas pažangioms elektronikos ir{0}}su energija susijusioms programoms.
Nešiojamosios galios ateitis
Tyrimas, paskelbtas „Scientific Reports“, parodė, kad naudojant ploną{0}}plėvelę-suprojektuotus miniatiūrinius kietojo oksido kuro elementus (mikro-SOFC) galima pasiekti didesnį specifinę energiją ir energijos tankį.
Jei ši technologija būtų sėkmingai komercializuota, ji galėtų iš dalies pakeisti ličio baterijas nešiojamuose elektroniniuose įrenginiuose.
Tyrėjai paaiškino, kad ši baterijų technologija tinka nešiojamai elektronikai, kuriai reikalingas didelis galios tankis ir greitas terminis ciklas.
Nors tikimasi, kad išmanieji telefonai, nešiojamieji kompiuteriai, nešiojami įrenginiai ir dronai bus pagrindinės programos, galimas naudojimas yra daug platesnis nei plataus vartojimo elektronika.
Ateities programos gali apimti itin{0}}lengvus orlaivius, tokius kaip „e-Gull“, naujos-kartos išmaniuosius namus ir net elektrines transporto priemones, pvz., „Tesla Model 3“.
Energijos technologijoms toliau tobulėjant, pažangios medžiagos, įskaitant tikslius nerūdijančio plieno komponentus, nerūdijančio plieno lakštus ir nerūdijančio plieno plokštes, ir toliau rems kuro elementų, elektronikos ir švarios energijos sistemų naujoves.
