Новый принцип хранения энергии

Перенос из темы «Новости науки и техники вразброс»
 
RU Cormorant #06.07.2010 13:07
+
-
edit
 

Cormorant

опытный
★☆


Ученые из Вашингтонского университета (Washington State University) смогли создать вещество, которое может использоваться как «камера хранения» для огромного количества энергии. Для этого им понадобилось давление всего-то в миллион атмосфер – такое можно найти лишь на полпути к центру нашей планеты, а также искусственно создать в алмазном прессе (DAC, diamond anvil cell).


«Если задуматься над тем, что мы получили, то окажется, что это – наиболее плотное средство хранения энергии в мире, если не считать ядерной энергии», говорит профессор химии WSU и руководитель проекта Чун-Шик Йу (Choong-Shik Yoo). Авторы эксперимента назвали сам процесс исследования не слишком сложным, однако с его помощью ученые смогли доказать, что огромную механическую энергию сжатия можно хранить в виде энергии мощных химических связей внутри полученного материала.

Для создания материала исследователи использовали алмазный пресс. Это небольшое устройство, в котором можно получить огромное давление. В компактной камере пресса разместили дифторид ксенона (XeF2) – белый кристалл, используемый в процессе изготовления кремниевых проводников – зажатый между двумя миниатюрными алмазными «наковальнями».

При атмосферном давлении молекулы дифторида ксенона находятся относительно далеко друг от друга. Но с увеличением давления в камере материал становится похожим на двухмерный полупроводник, напоминающий графит. А под воздействием давления в более чем миллион атмосфер молекулы стали образовывать трехмерные «сетевые структуры». На протяжении всего процесса огромное количество механической энергии сжатия удалось сохранить в виде химической энергии молекулярных связей.

В дальнейшем существует множество путей применения полученных знаний: разработка принципиально новых энергоматериалов или видов топлива, высокотемпературных сверхпроводников, устройств для хранения энергии, а также веществ-сверхокислителей для разрушения химических и биологических агентов.

06.07.2010 [11:03], Артем Терехов
 
Cormorant, qui alte volat late - volat praeteritum  
RU Balancer #06.07.2010 13:25  @Cormorant#06.07.2010 13:07
+
-
edit
 

Balancer

администратор
★★★★☆
> Если задуматься над тем, что мы получили, то окажется, что это – наиболее плотное средство хранения энергии в мире, если не считать ядерной энергии

Круто. Если дело выгорит, то это может стать переворотом в области энергоносителей. А то для химических процессов уже близко к пределу подошли.
 5.0.375.705.0.375.70
LT Bredonosec #06.07.2010 14:18  @Balancer#06.07.2010 13:25
+
-
edit
 

Bredonosec

аксакал
★★★☆

Balancer> Круто. Если дело выгорит, то это может стать переворотом в области энергоносителей. А то для химических процессов уже близко к пределу подошли.
а доставать обратно эту энергию они могут? Или тут как с алмазом - он горит точно так же, как и уголь, и всё ?
 3.0.83.0.8
EE Татарин #06.07.2010 14:33  @Bredonosec#06.07.2010 14:18
+
+2
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
Bredonosec> а доставать обратно эту энергию они могут? Или тут как с алмазом - он горит точно так же, как и уголь, и всё ?
С алмазом - наоборот, алмаз - более связаное вещество, чем уголь, а энергия связи - это чистый минус.
Тут же - энергонапряжённое, метастабильное вещество, типа взрывчатки: "упакованые" вещества содержат больше энергии, чем изначально.

Правда, насчёт "прорыва" в топливе - это, ИМХО, Рома сильно погорячился. Очередной чисто теоретический изыск мужиков, которые занимаются высокими давлениями.
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  5.0.375.865.0.375.86
RU Balancer #07.07.2010 12:42  @Татарин#06.07.2010 14:33
+
-
edit
 

Balancer

администратор
★★★★☆
Татарин> Правда, насчёт "прорыва" в топливе - это, ИМХО, Рома сильно погорячился. Очередной чисто теоретический изыск мужиков, которые занимаются высокими давлениями.

Я, как бы, про прорыв ничего не говорил. Только про то, что это может стать переворотом.

А что, у тебя есть иные неядерные и потенциально доступные энергоисточники лучше химических? Аккумуляторы на ВТСП - это, ИМХО, куда менее вероятный вариант. Что ещё?
 5.0.375.705.0.375.70
EE Татарин #07.07.2010 13:00  @Balancer#07.07.2010 12:42
+
+3
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
Balancer> Я, как бы, про прорыв ничего не говорил. Только про то, что это может стать переворотом.
Хорошо. "Может", "переворотом". ИМХО - нет, даже близко нет.

Balancer> А что, у тебя есть иные неядерные и потенциально доступные энергоисточники лучше химических?
А это - не химический? :) Это всё та же энергия реконфигурации внешних оболочек. И порядок по энергии там всё тот же. Ну, будет доступно не 10МДж/кг (как у кислород-водородной пары), а, скажем, все 20 или аж 22 (что есть довольно смелое предположение).
Что это может изменить для техники с учётом того, что это фторид(!) ксенона(!)?
Ровным счётом ничего.

А никаких более общих перспектив тут нет: мужики исследовали конкретно фторид ксенона и выяснили, что его можно сжать и перевести в некую энергоёмкую конфигурацию (о стабильности которой, кстати, ничего не сказано).

Balancer> Аккумуляторы на ВТСП - это, ИМХО, куда менее вероятный вариант. Что ещё?
Это куда более вероятный вариант. :) Хотя бы потому, что они уже есть и применяются, то есть, их вероятность их существования уже ну очень высока. :)
Да, это и близко не супертопливо. Ну так и фторид ксенона им не будет... в лучшем случае - как взрывчатка повышеной мощности для очень ограниченого количества спецприменений.
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  5.0.375.865.0.375.86
RU Balancer #07.07.2010 13:22  @Татарин#07.07.2010 13:00
+
-
edit
 

Balancer

администратор
★★★★☆
Татарин> А это - не химический? :)

Не-а. Это механический молекулярного уровня :) Химия, всё же, занимается химическими превращениями, а не фазовыми и конфигурационным переходами. Точнее, вторыми тоже, но это уже побочный эффект.

Короче, под химической энергией я имею в виду энергию химических реакций.

Татарин> Ну, будет доступно не 10МДж/кг (как у кислород-водородной пары), а, скажем, все 20 или аж 22 (что есть довольно смелое предположение).

А почему 100 нельзя? Где теоретическое ограничение? :)

Balancer>> Аккумуляторы на ВТСП - это, ИМХО, куда менее вероятный вариант. Что ещё?
Татарин> Это куда более вероятный вариант. :) Хотя бы потому, что они уже есть и применяются

Я, как бы, о бытовом контексте. На хоть немного более высоком уровне уже можно и о честном ядерном реакторе думать.
 5.0.375.705.0.375.70
EE Татарин #07.07.2010 14:27  @Balancer#07.07.2010 13:22
+
+2
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
Татарин>> А это - не химический? :)
Balancer> Не-а. Это механический молекулярного уровня :) Химия, всё же, занимается химическими превращениями, а не фазовыми и конфигурационным переходами.
Это очень зыбкая, условная разница. В определениях, а не сути вопроса. И чем только современная химия не занимается...

Татарин>> Ну, будет доступно не 10МДж/кг (как у кислород-водородной пары), а, скажем, все 20 или аж 22 (что есть довольно смелое предположение).
Balancer> А почему 100 нельзя? Где теоретическое ограничение? :)
Энергия связи электронов с ядром на внешних оболочках невелика, где-то так и есть (порядка сотен МДж/кг). Сильно выше неё не прыгнешь.

Balancer> Я, как бы, о бытовом контексте. На хоть немного более высоком уровне уже можно и о честном ядерном реакторе думать.
Сжатый фторид ксенона в быту?.. :)
Я больше верю в повсеместное применение в быту радиоизотопных источников (хотя и в это я верю очень слабо).
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  5.0.375.865.0.375.86
Это сообщение редактировалось 07.07.2010 в 14:42

+
-
edit
 

Mathieus

втянувшийся

Не знаю, как тут всплыл фторид ксенона, но в последние годы очень модной стала полимеризация азота под большим давлением. Молекула азота очень прочная, там тройная связь с энергией 5 эВ на атом, а одинарная связь N-N имеет энергию всего 0.8 эВ на атом. Поэтому превращение молекул N2 в длинные цепочки -N-N-N-N- позволяет запасать большую энергию, 15-20 МДж/кг. Аналогичный эффект дает полимеризация CO2 или CO. Все это разумеется происходит при больших давлениях, в сотни ГПа, и практического применения не нашло, но в принципе модели предсказывают, что некоторые конфигурации могут быть метастабильными при нормальных условиях.
Может ли это иметь какие-то экономические перспективы? Скорее всего нет. Молекулы с развитыми электронными оболочками редко бывают легкими, следовательно удельная энергоемкость их сверхсжатых модификаций останется невысокой, не сильно выше традиционных топливных пар. Если бы удалось дешево полимеризовать что-то легковесное да еще в метастальное состояние, экономический выигрыш мог бы иметь место. Но как показывает эпопея с металлическим водородом, простых путей прогресса тут нет и не предвидится.
 
+
-
edit
 

lenivec

аксакал

Balancer> А почему 100 нельзя? Где теоретическое ограничение? :)

ну вот например железо. при 10 млн. атм уменьшается в объёме вдвое. Запасая энергию в 6 раз большую, чем равный вес ТНТ. :eek:

Однако-же попробуй сохрани в этом состоянии :fig:

Не за теориями дело, а за возможностью практических применений.
"Вся история науки на каждом шагу показывает, что отдельные личности были более правы в своих утверждениях, чем целые корпорации ученых или сотни и тысячи исследователей, придерживающихся господствующих взглядов". В. И. Вернадский  

Anika

координатор
★★
А вот если сделать стабильный азид аммония... и сжать его до миллиона атмосфер... аккуратненько так сжать, чтоб не долбанул преждевременно...
"То-то звонкий будет треск,
То-то громкий будет плеск!" ©
Аккумуляторы, да?
Когда говорит масло - пушки молчат. А голос пушек - это голос Муз. ©Ю.Шерман  

ad2

втянувшийся

Мягко говоря, сомнительная идея насчёт использования кристаллов под давлением в качестве аккумуляторов энергии. Энергия, запасенная при сжатии этим кристаллом, может быть в первом приближении (без учета смены типа кристаллической решетки) оценена как интеграл от Vdp, где V - молярный объём, p - давление. Однако эта величина гораздо больше (на три порядка) для газов. Получается, что при сжатии, или даже сжижении газов можно запасти гораздо больше энергии. Ну и какой смысл сжимать этот несчастный фторид ксенона, если сжиженный углекислый может дать больше энергии. Ну а уж про сжиженный под давлением азот и говорить не приходится.
Другое дело, если бы можно было использовать такие сверхсжатые кристаллы в качестве источников тока. Может быть, в этом случае какой-нибудь элемент Лекланше под давлением сравнялся бы по емкости с литий-ионным? Как вообще большое давление влияет на гальванические элементы?
 5.0.375.995.0.375.99

Balancer

администратор
★★★★☆
ad2> Ну и какой смысл сжимать этот несчастный фторид ксенона

Я так понимаю, что получается стабильное при н.у. соединение. В отличии от других примеров. Нет?
 

Balancer

администратор
★★★★☆
ad2> Ну а уж про сжиженный под давлением азот и говорить не приходится.

Конечно, не приходится. У него критическая температура –146,95°C :)
 
RU spam_test #18.07.2010 16:44  @Balancer#18.07.2010 16:33
+
-
edit
 

spam_test

аксакал

Balancer> Я так понимаю, что получается стабильное при н.у. соединение.
А как энергию снимать, там энерговыделение не взрывное?
 
+
-1
-
edit
 

hcube

старожил
★☆

Balancer>> Я так понимаю, что получается стабильное при н.у. соединение.
spam_test> А как энергию снимать, там энерговыделение не взрывное?

Снять-то можно. Вопрос только в величине этой самой метастабильности. Потому как в сжатом газе энергия хранится не в газе :-) Она хранится в растянутом сосуде для хранения газа, а газ - это только промежуточные звено для ее извлечения. Поэтому если удастся сделать этакую 'защелку', чтобы высокосжатое вещество хранилось в плотном состоянии при н.у - можно будет использовать. Не удастся - ну и нафиг такое счастье нужно? :-)

Лично мне в роли накопителей больше импонируют микросупермаховики :-) Т.е. вместо одного большого СМ - большая пачка малых, причем у каждого есть средства диагностики и возможность перелить энергию в другие СМ матрицы.
Убей в себе зомби!  8.08.0
+
-
edit
 

digger

опытный

Balancer>> Я так понимаю, что получается стабильное при н.у. соединение.
spam_test> А как энергию снимать, там энерговыделение не взрывное?

Наверняка взрывное,но идея хорошая.Есть некая газообразная хрень, сжимаем комрессором и она претерпевает некое превращение и запасает много энергии.Потом катализатором или чем-нибудь еще она разлагается,работает в двигателе,охлаждается и собирается.Потом сжимается компрессором опять до высокого давления.Проблема,что она будет убегать через уплотнения,будучи наверняка ядовитой и дорогой.
 3.6.63.6.6

ad2

втянувшийся

ad2>> Ну и какой смысл сжимать этот несчастный фторид ксенона
Balancer> Я так понимаю, что получается стабильное при н.у. соединение. В отличии от других примеров. Нет?
Стабильным, т.е. устойчивым при стандартных условиях (25 С и 1 атм; н.у. - это 0 С, все время удивляюсь, кому пришло в голову называть температуру плавления льда нормальными условиями) оно в любом случае не будет. Оно может быть разве что метастабильным. Но в любом случае энергия, которая будет выделяться при возврате такого кристалла к прежнему состоянию - это мизер. Это в лучшем случае проценты от теплоты горения. Все равно, что сжигать сжатую и распрямленную пружину в кислороде - разница, если и есть - то на уровне погрешности измерений.
Я бы понял, если бы речь шла об упрочении тех или иных сплавов, получении новых соединений и т.п. Но какие-то аккумуляторы энергии (кстати, в какой форме?) выглядят сомнительно. Хотя для нанобаблопопила такая тема была бы интересной :)
 5.0.375.995.0.375.99

ad2

втянувшийся

А кстати, в сообщении говорится, что хранение энергии - лишь один из вариантов применения, другие приложения - получения новых материалов, окислителей и т.п. более реалистичны.
 5.0.375.995.0.375.99

Balancer

администратор
★★★★☆
ad2> Стабильным, т.е. устойчивым при стандартных условиях (25 С и 1 атм; н.у. - это 0 С, все время удивляюсь, кому пришло в голову называть температуру плавления льда нормальными условиями

У нас, химиков, нормальные условия (хотя физики наш вариант называют «стандартными условиями») - это 25°C :) (298,15K)
 3.6.33.6.3
EE Татарин #18.07.2010 18:38  @ad2#18.07.2010 17:47
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
ad2>н.у. - это 0 С, все время удивляюсь, кому пришло в голову называть температуру плавления льда нормальными условиями)
Не так и далеко от комнаты, чтобы это вносило какую-то разницу или неудобства для бытовых прикидок, но гораздо удобнее для строгих измерений и вообще.
Репер на 25С - на чём строить?
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  5.0.375.995.0.375.99
RU ad2 #18.07.2010 21:40  @Татарин#18.07.2010 18:38
+
-
edit
 

ad2

втянувшийся

Татарин> Не так и далеко от комнаты, чтобы это вносило какую-то разницу или неудобства для бытовых прикидок, но гораздо удобнее для строгих измерений и вообще.
Татарин> Репер на 25С - на чём строить?
А зачем химикам нужны эти н.у.? Большинство реакций проводится при комнатных температурах, а при нулевой требуется термостат, не говоря уже о том, что многие растворы при этом замерзают. В общем, не практичны эти н.у. абсолютно. Другое дело комнатная температура - 20С или ст.у. - 25 С. Не случайно в таблицах термодинамические данные сплошь при 298 К даны, а не при 273.
Может для физиков ноль градусов Цельсия это нормальная температура, а лично мне холодно. :)
 5.0.375.995.0.375.99
+
+1
-
edit
 

Wyvern-2

координатор
★★★☆
☠☠
Anika> А вот если сделать стабильный азид аммония... и сжать его до миллиона атмосфер... аккуратненько так сжать, чтоб не долбанул преждевременно...
Да ты мне баллончик с просто азотом на миллион атм дай - и больше ничего не надо :D
Жизнь коротка, путь искусства долог, удобный случай мимолетен, опыт обманчив.... Ἱπποκράτης  3.6.63.6.6
+
-
edit
 

hcube

старожил
★☆

Wyvern-2> Да ты мне баллончик с просто азотом на миллион атм дай - и больше ничего не надо :D

А такое кстати бывает? Я так понимаю, уже на 700-800 атмосферах азот сожмется до состояния жидкости, а жидкость сжимается уже весьма неохотно, т.е. профицит от суперсжатия будет... ну, не стоящий выделки :-)
Убей в себе зомби!  8.08.0
EE Татарин #19.07.2010 00:29  @hcube#19.07.2010 00:17
+
+3
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
Wyvern-2>> Да ты мне баллончик с просто азотом на миллион атм дай - и больше ничего не надо :D
hcube> А такое кстати бывает?
Не знаю, бывает ли, но сделать можно. Миллион атм. - это 100ГПа. Давление очень большое, но ещё не запредельное. Ник же не уточнил, что ему лёгкий баллончик нужен... :)
Впрочем, кто его знает... может, он этот баллон на металлолом хочет сдать и омиллионериться? :)

hcube> Я так понимаю, уже на 700-800 атмосферах азот сожмется до состояния жидкости,
Ткрит - -146С.

hcube> а жидкость сжимается уже весьма неохотно, т.е. профицит от суперсжатия будет... ну, не стоящий выделки :-)
Так ведь "профицит" в контексте - не компактность, а энергозапасание.
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  5.0.375.995.0.375.99

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru