Кремниевые суперконденсаторы смогут хранить энергию прямо внутри электронных чипов

К сожалению, пока еще суперконденсаторы не могут поспорить с литий-ионными аккумуляторными батареями по их электрической емкости, т.е. по способности хранить большое количество энергии. Но они обладают более длительным сроком службы, высокой надежностью и превосходными скоростными характеристиками, которые позволяют суперконденсатору практически моментально поглотить или отдать большое количество энергии. Поэтому практическое использование суперконденсаторов обосновано лишь там, где есть необходимость быстрого накопления большого количества энергии, к примеру, в системах рекуперативных тормозов электрических и гибридных автомобилей.

Ученые все время пытаются увеличить количество энергии, которую могут сохранить суперкондесаторы. Для этого они экспериментируют с различными высокопористыми гибридными материалами, такими, как "леса" из углеродных нанотрубок или частицы графена, расположенные на пластинах конденсаторов. Такие приемы позволяют кардинально увеличить емкость суперконденсаторов, но с практической точки зрения их еще крайне тяжело реализовать в масштабах промышленного производства.

Кэри Пинт (Cary Pint), доцент из университета Вандербилта, вместе с его коллегами, также работают над проблемой увеличения электрической емкости суперконденсаторов. Но в своих исследованиях они сделали необычный выбор в сторону пористого кремния, как основного материала конструкции конденсатора. Необычность выбора исследователей заключается в том, что кремний достаточно активно реагирует с большинством веществ, входящих в состав электролита, что приводит к быстрому разрушению структуры суперконденсатора. Но, с другой стороны, кремний является материалом, свойства которого изучены почти досконально, а электронная промышленность имеет в своем распоряжении массу методов технологической обработки кремния, позволяющих, в том числе, получить высокопористый кремний.

Для защиты кремния от воздействия электролита ученые придумали оригинальное решение. Они тщательно смешали пористый кремний с чистым углеродом и нагрели эту смесь до температуры порядка 800 градусов по шкале Цельсия в присутствии газовой защитной атмосферы. В результате этого из углерода сформировался слой графена, который буквально обволок собой всю поверхность кремния, включая и внутренние поверхности микроскопических пор. Этот графен стал своего рода защитным покрытием, предохраняющим кремний от воздействия активных веществ, растворенных в электролите.

Кремниевые пластины суперконтенасторов, прошедшие обработку вышеописанным способом, показали плотность хранения энергии в 40 раз выше, чем показатели энергетической плотности суперконденсаторов, изготовленных из "голого" кремния. При этом, благодаря защите кремния графеновой пленкой, ученым так и не удалось зарегистрировать снижения электрической емкости суперконденсаторов со временем из-за разрушения кремния электролитом.

Благодаря разработке такой относительно простой технологии можно будет без особых проблем наладить массовое производство недорогих кремниевых суперконденсаторов, благо кремний и углерод являются одними из самых распространенных элементов на земном шаре. Из-за кремниевой "природы" таких суперконденсаторов их можно будет встраивать прямо в структуру электронных чипов или других полупроводниковых приборов, в которых, как правило, присутствуют большие области неиспользованного кремния. Примером этому могут служить кремниевые солнечные батареи, на обратной стороне которых можно изготовить суперконденсаторы, которые будут накапливать в себе излишки энергии и отдавать ее в сеть во время пикового потребления.

Источник: http://www.gizmag.com/silicon-supercapacitor/29515/
http://www.dailytechinfo.org/nanotech/5303-kremnievye-superkondensatory-smogut-hranit-energiyu-pryamo-vnutri-elektronnyh-chipov.html

В Великобритании запускается крупный проект накопления и хранения энергии

Крупнейшее европейское объединение по накоплению и хранению энергии открывается в Великобритании. Этот проект объединит такие компании, как S & C Electric, Samsung SDI и Younicos, и введёт в действие литий-ионный аккумулятор мощность 6–10 МВт•ч на ведущей подстанции в Бедфордшире. Главная цель проекта – оценка экономической эффективности хранения энергии – часть «Углеродного плана» Великобритании (Carbon Plan).

Компании утверждают, данный проект может сэкономить более 9 млн. долларов США по сравнению с традиционными модификациями заменами линий и трансформаторов. В отличие от многих других регионов, либерализация рынка электроэнергии Великобритании направлена на сокращение углеродных источников энергии. В итоге фирмы получяют вознаграждение за более эффективное использование имеющихся у них активов, а не просто добавление физических активов.

Вместо того чтобы просто хранить энергию, когда в ней нет потребности, проект под названием «Smarter Network Storage» будут также использоваться, чтобы сбалансировать прерывистость ветра и других возобновляемых источников энергии и упростить ограничения по максимальной загрузке. Аккумулятор для накопления и хранения энергии остаётся дорогостоящим, и если цены не понизятся, аккумулятору придётся выполнять сразу несколько функций, чтобы стать рентабельным. Предоставляя дополнительную поддержку энергосистеме, хранилище должно иметь возможность использовать дополнительные источники дохода на рынке электроэнергии.

Великобритания нацелена иметь 15 процентов возобновляемой энергии к 2020 году, хотя у Шотландии гораздо более амбициозная цель – 100 процентов возобновляемой энергии к 2020.

Кроме того, сжатый воздух и гидроаккумулирующие электростанции, которые накапливают энергию эффективней всего, были недоступны из-за высоких затрат. Однако и в Великобритании, и в других регионах запускаются высокоуровневые возобновляемые источники, что соответственно улучшает обстановку в данной ситуации.

«Основные проблемы в энергосистеме от декарбонизации в Великобритании могут быть решены за счёт способности аккумуляторов укреплять сеть, говорит в заявлении Эндрю Джонс из S & C Electric Europe. Но в настоящее время существует ограниченное количество крупномасштабных энергетических проектов, что оставляет большой разрыв».

Проект получил $ 20,27 млн. от Отдела по управлению рынком газа и электроэнергии Великобритании (Ofgem), который управляет фондом по сетям с низким потреблением углерода (The Low Carbon Networks. LCN). Общая стоимость проекта, который рассчитан на четыре года, составляет $28.7 миллиона.

Проект «Smarter Network Storage» может стать самым крупным проектом в Европе, но в начале этого года, Япония объявила о проекте аккумулятора мощностью в 60 МВт-ч. Затраты по проекту составят около $ 300 млн. Ожидается, что он будет введен в эксплуатацию в 2015 году.

По материалам IEEE Spectrum.
nauka21vek.ru

Google приобрёл производителя летающих ветряков. (видео)

В чём преимущества такой конструкции? В обычных ветряках интенсивнее всего работает конец лопасти — последние 25% её длины могут генерировать 75% мощности всего винта. Крыло, летящее по кругу, эквивалентно концу лопасти очень большого ветряка, а вместо всей остальной конструкции — тонкий и лёгкий трос. Материалоёмкость такого летающего ветряка на 90% ниже традиционного. Увеличивая длину троса, крыло легко можно поднять на большую высоту, где ветер сильнее и стабильнее, тогда как для традиционных ветряков каждый лишний метр вверх увеличивает и удорожает конструкцию. Летающее крыло эффективно при меньших скоростях ветра, и при этом хорошо выдерживает штормовую погоду. Если ветер грозит достичь ураганной силы, крыло просто приземляется.

На февральской конференции Google Solve for X бывший сотрудник Lockheed Martin выступил с неожиданным заявлением. Он объявил, что команда учёных под его руководством близка к эффективному решению одной из самых сложных задач современной физики – запуску и поддержанию управляемой реакции термоядерного синтеза (УТС). Более того, группа исследователей намеревается к 2017 году построить прототип компактного реактора мощностью 100 МВт — смотрите видео.

С презентацией выступил Чарльз Чейз (Charles Chase), работавший в должности инженера и руководителя отдела в департаменте перспективных разработок Lockheed Martin. Секретное бюро официально именуется Advanced Development Project division. В мире оно больше известно под странным названием Skunk works, которое получило в шестидесятых годах из-за увлечения сотрудников юмористическим комиксом о тайне рецепта самогона из скунсов. Бюро даже обзавелось соответствующей эмблемой, которую можно увидеть на всех слайдах.

Логотип бюро Skunk Works компании Lockheed Martin

Несмотря на шутливое название, в стенах бюро разрабатывались весьма серьёзные проекты. Среди них — стратегический сверхзвуковой разведчик SR-71 Blackbird, тактический ударный самолёт F-117 Night Hawk, БПЛА RQ-170 Sentinel, десяток других летательных аппаратов с технологией «Стелс» и судно Sea Shadow.

Чарльз Чейз окончил Калифорнийский университет в Беркли. В 1985 году он стал выпускником факультета электроники и вычислительной техники, а с 1986 по 2004 год работал на Lockheed Martin. В настоящее время он является сооснователем частной компании CBH Technologies, но в ходе презентации его и называемые им разработки продолжали отождествлять с Lockheed Martin.