Роботы ближайшего будущего обойдутся без батарей

Если мы упоминаем автономные источники энергии для электронных устройств, то сегодня это либо батареи, либо сборщики энергии. Батареи хранят энергию внутри, а потому они тяжелые и с ограниченной емкостью.

А вот сборщики, такие как солнечные батареи, собирают энергию из окружающей среды. Они избавлены от некоторых недостатков аккумуляторов, но обладают рядом собственных, уникальных. Так, они работают лишь в определенных условиях и не способны моментально преобразовывать собранную энергию в полезную.

Ученым из школы инженерных и прикладных наук Пенсильванского университета, кажется, впервые удалось преодолеть недостатки обеих технологий и взять лучшее от них. Так на свет появились металл-воздушные сборщики.

Новинка работает как аккумулятор, поскольку обеспечивает питание за счет многократного разрыва и образования химических связей. Но она также работает как сборщик, поскольку берет энергию из окружающей среды, образуемую химическими связями в металле и воздухе вокруг нее.

В итоге получился источник питания с плотностью энергии, чья величина в 10 раз больше по сравнению с лучшими из известных сборщиками энергии и в 13 раз большие, чем у литий-ионных аккумуляторов.

В будущем такой тип источника энергии может стать базой для новой парадигмы в робототехнике, когда машинам для выработки энергии достаточно во время движения зорко следить, не завалялось ли где-нибудь  что-либо  металлическое. Разрушая химические связи металлолома в воздухе, роботы будут подзаряжаться, словно люди во время приема пищи.

Так пара спин-офф компаний в США уже планирует использовать сборщиков металла и воздуха для питания недорогих светильников для автоновных домов в развивающихся странах и датчиков для грузовых контейнеров, которые будут предупреждать о попытке взлома или повреждении.

Доцент кафедры машиностроения и прикладной механики Джеймс Пикул вместе с сотрудниками его лаборатории Мин Вонгом и Уннати Джоши опубликовали исследование в издании ACS Energy Letters.

Основным мотивом к разработке нового источника энергии стало то, что технологии, благодаря которым у роботов есть «мозг», и технологии, которые питают этот мозг энергией, принципиально не совпадают, когда речь заходит о миниатюризации.

Ведь если размеры транзисторов сокращаются, и от этого выигрывают все, то с батарейками так не получается, поскольку плотность химических связей в материале фиксирована, поэтому чем меньше размер, тем меньше этих самых связей, то есть и энергии меньше.

— Это соотношение между вычислительной мощностью и накоплением энергии весьма затрудняет работу небольших устройств и роботов, отметил Пикул. — Давно есть роботы размером с муху, но работают они не больше минуты, пока батарея не сядет.

Если наделить робота батареей большего размера, это тоже не приведет к увеличению времени его работы, ведь дополнительная смасса потребует больше энергии для перемещения.

Единственный способ разорвать эту порочную связь искать химические связи вовне, и не носить их с собой.

— Сборщики солнечной, тепловой или виброэнергии становятся все более совершенными, заметил Пикул. Часто их используют для питания автономных датчиков и электроники в условиях, когда невозможно быстро найти подзарядку.

Проблема в том, что у них низкая плотность энергии, а это значит, что им не удастся извлечь энергию из окружающей среды, преобразовать ее и отдать устройству так же быстро, как это сделала бы батарея.

Зато у новинки энергетическая плотность в 10 раз выше, чем у лучших сборщиков, то есть она вполне может конкурировать с батареями. Новая разработка задействует все тот же принцип получения энергии в результате химической реакции, но реагенты не носит с собой, а находит в окружающей среде.

Как и обычная батарея, металло-воздушный сборщик начинается с катода, которым подключается к питаемому устройству. Под катодом располагается гидрогелевая пластина — губчатая сеть полимерных цепочек, которые проводят электроны между поверхностью металла и катодом с помощью молекул воды. Благодаря гидрогелю, который выполняет роль электролита, любая металлическая поверхность, с которой он соприкасается, работает как анод, позволяя электродам течь к катоду и питать подключенное устройство.

В рамках исследования ученые подключили своего сборщика к небольшому моторизованному транспорту. Волоча за собой гидрогель, машина окисляла металлические поверхности, по которым ехала, и оставляла за собой микроскопический слой ржавчины.

Для демонстрации эффективности данного подхода ученые заставили транспорт двигаться по кругу по алюминиевой поверхности. Машину оснастили небольшим резервуаром, который непрерывно подавал воду в гидрогель, чтобы предотвратить его высыхание.

— Энергетическая плотность — это отношение доступной энергии к весу, который приходится нести, заявил Пикул. — И даже с учетом веса воды наш новый сборщик энергии в 13 раз лучше литий-ионного аккумулятора.

Реакция окисления захватывает лишь 100 микронов поверхности, а потому есть лишь самый небольшой риск того, что металлу, который используется в качестве анода, будет нанесен структурный ущерб.

Возможно, однажды роботам уже не понадобятся батареи: они будут находить себе пищу для подзарядки в окружающей среде самостоятельно. Совсем как люди.

22.04.2020




Энергия



Роботы ближайшего будущего обойдутся без батарейРоботы ближайшего будущего обойдутся без батарей

Если мы упоминаем автономные источники эн...

Дни дорогостоящих платиновых катализаторов сочтеныДни дорогостоящих платиновых катализаторов сочтен

Буквально на днях мы сообщили о ...

Содержание платины в катализаторе сократят в 4 раза без снижения эффективностиСодержание платины в катализаторе сократят в 4 ра...

Американские ученые нашли новый катализатор, к...

Проблема хранения энергии будет решенаПроблема хранения энергии будет решена

Инженеры из Массачусетского технологическ...

Светодиодные лампы будут излучать оптимальный белый цветСветодиодные лампы будут излучать оптимальный бел...

Физики из университета Толедо открыли пер...

Российские и египетские ученые предложили новый композит для солнечных электростанцийРоссийские и египетские ученые предложили новый к...

Современные солнечные электростанции становятс...

Железо сделает преобразование солнечной энергии дешевлеЖелезо сделает преобразование солнечной энергии д...

Ученым впервые удалось воспроизвести молекулу ...

Новый дизайн литиевой батарейки сделает ее мощнееНовый дизайн литиевой батарейки сделает ее мощнее

Профессор химической инженерии Линден Арчер из...

Как Китаю удалось активировать god modeКак Китаю удалось активировать god mode

Е=mc2. Энергия равна массе, умноженной на ...

Cоздан суперконденсатор, параметры которого соизмеримы с показателями литий-ионных батарейCоздан суперконденсатор, параметры которого соизм...

Рост мощностей устройств приводит к увели

В Индии создана ветровая электростанция для дома по цене айфонаВ Индии создана ветровая электростанция для дома ...

В деле обеспечения страны и населения эле...

Китайцы создали самую маленькую атомную электростанциюКитайцы создали самую маленькую атомную электрост...

Разработки китайского института по ядерны...

Солнцу и ветру братьяСолнцу и ветру братья

Ткани, способные генерировать электричество от...

На рынке появится безопасная батарея с недорогой начинкойНа рынке появится безопасная батарея с недорогой ...

Химики из университета Ватерлоо разработа...

Австралийские ученые разработали солнечные панели с рекордным КПДАвстралийские ученые разработали солнечные панели...

В Австралии обновили рекорд эффективности солн...

Нижегородские школьники рассказали, как экономить воду и электричествоНижегородские школьники рассказали, как экономить...

В Нижнем Новгороде подвели итоги детского конк

Сочетание разных материалов дает высокую конверсионную эффективностьСочетание разных материалов дает высокую конверси...

Подобно тому, как межрасовые браки являют...

Гибридный кристалл раздвигает границы эффективности светодиодных лампГибридный кристалл раздвигает границы эффективнос...

Исследователи совместили пару многообещающих м...

Sony готовит замену литий-ионным аккумуляторамSony готовит замену литий-ионным аккумуляторам

Энергопотребление современных мобильных устрой...

Разработана первая в мире прозрачная солнечная батареяРазработана первая в мире прозрачная солнечная ба...

Физики Лейпцигского университета разработали п...

Как обуздать напряжение в сетиКак обуздать напряжение в сети

Многие из нас, являясь активными потребит...

В сфере солнечных батарей грядет революцияВ сфере солнечных батарей грядет революция

Ученые из Федеральной политехнической шко...

Ученые приблизились к управляемому ядерному синтезуУченые приблизились к управляемому ядерному синте...

Международная группа ученых предприняла очеред...

Шведы научились делать оригами из конденсатораШведы научились делать оригами из конденсатора

Ученые из шведского университета органиче...

Ученые впервые сняли рябь двухмерных материалов с помощью сверхбыстрой камерыУченые впервые сняли рябь двухмерных материалов с...

Новое исследование, проведенное во главе ...

Передача заряда в гибридных кремниевых солнечных батареях удивила ученыхПередача заряда в гибридных кремниевых солнечных ...

Группа исследователей во главе с про...

Химики открыли ключевой компонент разрекламированных натрий-кислородных батарейХимики открыли ключевой компонент разрекламирован...

Химики из университета Ватерлоо обнаружил...

Стало известно, как из обычного получить ценный черный кремнийСтало известно, как из обычного получить ценный ч...

Ученые из университета Райса нашли способ...

Поиск на сайте

СМИ сегодня досталось особенно сильно, а потому редакция обращается к самым преданным своим читателям за помощью. Даже малый вклад может помочь в развитии сайта. Заранее большое спасибо вам всем.

Магазин

  
Silicon Power Slim S55 120GB (SP120GBSS3S55S25) SSD-накопитель4290.00 руб.

Знатоки клуба инноваций



ТОП - Новости мира, инновации

Наземные беспилотные роботы: будущее или настоящее?Наземные беспилотные роботы: будущее или настоящее?
Мастерские инноваций открылись в Казани на три дняМастерские инноваций открылись в Казани на три дня
Достаточно ли часа зарядки для нормального веса?Достаточно ли часа зарядки для нормального веса?
Незнание языков – не помеха для успехаНезнание языков – не помеха для успеха
Инвестиции в инновации: инертность преодоленаИнвестиции в инновации: инертность преодолена
Новости науки в массы следует нести в упрощенном форматеНовости науки в массы следует нести в упрощенном форма
В Татарстане на базе КФУ открылся инновационный центр Cisco. На очереди еще одинВ Татарстане на базе КФУ открылся инновационный центр
«Загадочный для многих медийщиков ресурс» снова в строю«Загадочный для многих медийщиков ресурс» снова в стро
Британский ученый выяснил, кому реже одобряют кредитБританский ученый выяснил, кому реже одобряют кредит
Исследована галактика с активным формирование звездИсследована галактика с активным формирование звезд
Классическая музыка полезна для новорожденныхКлассическая музыка полезна для новорожденных
Шизофреники непредсказуемы и способны на убийствоШизофреники непредсказуемы и способны на убийство
Щепотка калия позволит лучше сохранять водородЩепотка калия позволит лучше сохранять водород
Солнечная угроза наталкивает на мысли о переселении на МарсСолнечная угроза наталкивает на мысли о переселении на
Представлен новый метод описания искривленного светаПредставлен новый метод описания искривленного света

Новости компаний, релизы

Без этих устройств невозможно построить даже простую сетьБез этих устройств невозможно построить даже простую с
Как выбрать и купить хороший хвойный саженецКак выбрать и купить хороший хвойный саженец
Резиденты «лаборатории инноваций» Panasonic 100 BANCH представили на CES 2020 умный заварочный чайник с «русским» названием TeploРезиденты «лаборатории инноваций» Panasonic 100 BANCH ...
Российские производители GreenMDC и ДКС создали МЦОД на отечественной компонентной базеРоссийские производители GreenMDC и ДКС создали МЦОД н
Инновационная платформа совершенствует кредитный скоринг клиентаИнновационная платформа совершенствует кредитный скори