Vårt samhälle kräver makt på ökande basis, och därför måste vi hitta nya och kreativa sätt att möta dessa samtal. Forskare har blivit kreativa, och nedan är bara några av de senaste framstegen när det gäller att göra el på nya och nya sätt.

Saltvatten möter grafen

Det visar sig, med tanke på de rätta förhållandena, kan dina blyertspetsar och havsvatten användas för att producera elektricitet. Forskare från Kina fann att om en droppe saltvatten dras över en grafenskiva med olika hastigheter genererar en spänning med en linjär hastighet, det vill säga, hastighetsförändringar är direkt relaterade till spänningsförändringarna. Detta resultat verkar komma från en obalanserad laddningsfördelning av vattnet när det rör sig, och inte kan acklimatiseras till laddningarna både i det och på grafen. Detta innebär att nanogeneratorer kan bli praktiska en dag (Patel).

Grafen |

Grafenark

Men det visar sig att ark med grafen också kan göra jobbet med att generera elektricitet när vi sträcker ut det. Detta beror på att det är ett piezoelektriskt material, ett material som bildas av ark med en enkel atomtjocklek vars polarisering kan ändras baserat på materialets orientering. Genom att sträcka arket växer polarisationen och får elektronflödet att öka. Men antalet ark spelar en roll, för forskare fann att jämnt numrerade staplar producerade ingen polarisering men udda numrerade gjorde, med minskande spänningar när staplingen växte (Saxena "Graphene").

Sötvatten kontra saltvatten

Det är möjligt att använda skillnaderna mellan salt och färskt vatten för att utvinna el från joner lagrade mellan dem. Nyckeln är osmotisk kraft eller drivande av färskt vatten mot saltvatten för att skapa en helt heterogen lösning. Genom att använda ett atomtunt ark av MoS 2, kunde forskare uppnå nanoskaleringstunnlar som tillät vissa joner att gå tvärs över de två lösningarna på grund av elektriska ytladdningar som begränsar passager (Saxena "Single").

Kol nanorör. |

Kolnanorör

En av de största materialutvecklingen under det senaste tiden har varit kolananorör, eller små cylindriska strukturer av kol som har många fantastiska egenskaper såsom hög hållfasthet och symmetrisk struktur. En annan stor egenskap som de har är elektronfrigöring, och nyligen visat arbete har visat att när nanorören vridits runt till ett spiralformat mönster och sträckte, orsakar den "inre belastningen och friktionen" elektroner att frigöras. När sladden doppas i vatten gör det möjligt att ladda laddningarna. Under en hel cykel genererade sladden så mycket som 40 joule energi (Timmer “Carbon”).

Bygga ett mer värmeeffektivt batteri

Skulle det inte vara bra om vi skulle kunna ta den energi som våra enheter genererar som värme och på något sätt konvertera tillbaka till användbar energi? När allt kommer omkring försöker vi bekämpa universums hetdöd. Men problemet är att de flesta tekniker behöver en stor temperaturskillnad för att kunna utnyttjas, och dess sätt mer än det som vår teknik genererar. Forskare från MIT och Stanford har dock arbetat med att förbättra tekniken. De fann att en specifik kopparreaktion hade ett lägre spänningsbehov för laddning än vid högre temperatur, men fångsten var att en laddningsström behövde levereras. Det var där reaktioner av olika järn-kalium-cyanidföreningar spelade in. Temperaturdifferenser skulle leda till att katoderna och anoderna byter roller, vilket innebär att när enheten upphettades och sedan kyldes skulle den fortfarande producera en ström i motsatt riktning och med en ny spänning. Men med allt detta anses effektiviteten i denna installation vara cirka 2%, men som med alla framväxande tekniska förbättringar kommer troligen att göras (Timmer "forskare").

Bygga en mer soleffektiv cell

Solpaneler är ökända som framtidens väg men saknar fortfarande den effektivitet som många önskar. Det kan förändras med uppfinningen av färgämnesensibiliserade solceller. Forskare tittade på det fotovoltaiska materialet som användes för att samla ljus för att skapa elektricitet och fann ett sätt att ändra egenskaperna hos det med färgämnen. Detta nya material tog lätt in elektroner, höll dem lättare vilket hjälpte till att förhindra deras flykt och möjliggjorde ett bättre elektronflöde som också öppnade dörren till fler våglängder att samlas in. Detta beror delvis på att färgämnena har en ringliknande struktur som uppmuntrar strikt elektronflöde. För elektrolyten hittades en ny kopparbaserad lösning istället för dyra metaller, vilket hjälpte till att sänka kostnaderna men öka vikten på grund av behovet att binda koppar till kol för att minimera kortslutningen. Den mest intressanta delen? Denna nya cell är mest effektiv inom belysning inomhus, nästan 29%. De bästa solcellerna där ute är för närvarande bara 20% när de är inomhus. Detta kan öppna en ny dörr för att samla in energikällor i bakgrunden (Timmer "Ny").

Hur kan vi öka effektiviteten hos solpaneler? När allt kommer omkring, det som hindrar de flesta fotovoltaiska celler från att konvertera alla solfotoner som slår den till elektricitet är våglängdsbegränsningarna. Ljus har många olika våglängdskomponenter och när du kopplar ihop detta med de nödvändiga begränsningarna för att väcka solcellerna och så blir bara 20% av det el med detta system. Ett alternativ skulle vara solceller som tar fotonerna och omvandlar dem till värme, som sedan omvandlas till elektricitet. Men även detta system toppar med 30% effektivitet och det kräver mycket utrymme för att det ska fungera och behöver ljuset att fokuseras för att generera värme. Men vad händer om de två kombinerades till en? (Giller).

Det är vad MIT-forskare tittade på. De kunde utveckla en sol-termofotovoltaisk enhet som kombinerar det bästa av båda teknikerna genom att först omvandla fotonerna till värme och få kolananorör som absorberar det. De är fantastiska för detta ändamål och har också den fördelen att de kan absorbera nästan hela solspektrumet. När värmen överförs genom rören, hamnar det i en fotonisk kristall skiktad med kisel och kiseldioxid som vid cirka 1000 grader börjar glöda. Detta resulterar i ett utsläpp av fotoner som är mer lämpade för att stimulera elektroner. Men den här anordningen har endast 3% effektivitet men med tillväxt kan den sannolikt förbättras (Ibid).

Alternativ till litiumjonbatterier

Kommer du ihåg när dessa telefoner tog eld? Det berodde på en litiumjonfråga. Men vad är exakt ett litiumjonbatteri? Det är en flytande elektrolyt som involverar ett organiskt lösningsmedel och upplösta salter. Joner i denna blandning flyter lätt över ett membran som sedan inducerar en ström. Den största fångsten för detta system är dendritbildning, även mikroskopiska litiumfibrer. De kan byggas upp och orsaka kortslutningar som leder till uppvärmning och ... eld! Visst måste det finnas ett alternativ till detta ... någonstans (Sedacces 23).

Cyrus Rustomji (University of California i San Diego) kan ha en lösning: gasbaserade batterier. Lösningsmedlet skulle vara en flytande floronetangas istället för det organiska. Batteriet laddades och tömdes 400 gånger och jämfördes sedan med dess litium motsvarighet. Laddningen som den innehöll var nästan densamma som den initiala laddningen men litiumet var bara 20% av dess ursprungliga kapacitet. En annan fördel som gasen hade var bristen på brännbarhet. Om det punkteras kommer ett litiumbatteri att interagera med syret i luften och orsaka en reaktion, men i fallet med gasen släpper det bara ut i luften eftersom det tappar trycket och inte kommer att explodera. Och som en extra bonus fungerar gasbatteriet vid -60 grader Celsius. Hur värme batteriet påverkar dess prestanda återstår att se (Ibid).

Citerade verk

Patel, Yogi. Flödande saltvatten över grafen genererar elektricitet. Arstechnica.com . Conte Nast., 14 april 2014. Webb. 06 september 2018.

Saxena, Shalini. Grafenliknande ämne genererar elektricitet när den sträcker sig. Arstechnica.com . Conte Nast., 28 oktober 2014. Webb. 07 september 2018.

---. Enkel-atomtjocka ark extraherar effektivt el från saltvatten. Arstechnica.com . Conte Nast., 21 juli 2016. Web. 24 september 2018.

Sedacces, Matthew. "Bättre batterier." Scientific American oktober 2017. Tryck. 23.

Timmer, John. Carbon nanotube yarn genererar el när man sträcker sig. Arstechnica.com . Conte Nast., 24 augusti 2017. Web. 13 september 2018.

---. Ny enhet kan skörda inomhusljus till kraftelektronik. Arstechnica.com . Conte Nast., 5 maj 2017. Web. 13 september 2018.

---. Forskare tillverkar ett batteri som kan laddas med spillvärme. Arstechnica.com . Conte Nast., 18 november 2014. Webb. 10 september 2018.