تولید برق از هوا

فزایش مصرف برق و محدودیت تولید ، اتلاف انرژی را در جریان متناوب بیش از هر زمان دیگری در نظر می آورد. سرامیک های بلوم با استفاده از فناوری پیل سوختی و تولید برق مستقیم ، جایگزین مناسبی به شمار می روند.

ساخت باتری‌ با زمان شارژ بهبود یافته

فارس: به طور طبیعی وقتی مواد در مقیاس نانو در مورد استفاده قرار می‌گیرند سرعت شارژ و دشارژ باتری چندین برابر افزایش می‌یابد.

تأثیر کوتاه مدت نانوفناوری بر فناوری باتری‌سازی، از به کارگیری نانو ذرات حاصل خواهد شد. آنها بدون تأثیرگذاری زیاد بر ظرفیت کل، سرعت شارژ و تخلیه را بهبود می‌بخشند. با استفاده از نانومواد باتری‌هایی نیمه‌‌صنعتی در گروه انرژی دانشگاه آمریکایی Rutgers ساخته شده است.

6 دقیقه زمان برای شارژ کامل در مقایسه با یک یا دو ساعت برای باتری‌های متداول، بسیار قابل توجه است. اگر از این باتری‌ها در خودروهای الکتریکی استفاده شود این زمان معادل زمان لازم برای پر کردن باک خودروهای بنزینی است. این باتری‌ها پتانسیل تخلیه سریع دارند. از این ویژگی می‌توان در کاربرد نیرو و خودروهای هیبریدی استفاده کرد.

طول عمر این بارتی‌ها زیادتر شده است، 9 هزار سیکل عمر آن توسط Rutgers تست شده است و پیش‌بینی می‌شود این باتری‌ها 20 هزار سیکل طول عمر داشته باشند. (در مقایسه با 10 هزار سیکل باتری‌های متداول) در خودروهای الکتریکی این ویژگی باعث کاهش هزینه می‌شود.

این باتری‌ها در دمای پایین کار می‌کنند لذا خطر انفجار کاهش می‌یابد. کمپانی Toshiba نسل جدیدی از باتری‌های یون- لیتیم را به بازار معرفی کرده است که 60 بار سریع‌تر از باتری‌های متداول یون لیتیم تا 80 درصد ظرفیت انرژی خود شارژ می‌شود در این باتری‌ها از نانو مواد استفاده شده است.

*بهبود پوشش و آلیاژ یاتاقان‌های حساس
وظیفه یاتاقان‌ کاهش اصطکاک و قراردادن دستگاه‌های در حال دوران در موقعیت آنها است. مثلا هدف یک یاتاقان توربین، حفظ سیستم روتور در موقعیت محوری صیحیح خود و ایجاد اصطکاک پایین برای تحمل نیروی دینامیکی و استاتیکی محور است.

سیالاتی که با فلزات سرو کار دارند به علاوه روانسازها، برای روانسازی یا خارج کردن حرارت در بسیاری از فرایندهای صنعتی کاربرد گسترده‌ای یافته‌اند. اما به دلیل مسائل زیست‌محیطی استفاده از برخی از این روانسازها همراه با مشکلاتی برای محیطی که در آن زندگی می‌کنیم بوده‌اند.

راه حل بهتر در این زمینه استفاده از پوشش‌های خودروانساز هستند. این پوشش‌ها در بلبرینگ‌ها و سطوحی که در معرض اصطکاک ناخواسته هستند کاربرد دارند. نانوفناوری با ارائه پوشش‌های جدید سخت، چقرمه و خودروانساز می‌تواند ضمن کاهش اصطکاک و عمر طولانی یاتاقان‌ها، نیروی تلف شده در آنها را کاهش داده و از این رو باعث کاهش هزینه تولید برق در نیروگاه شود.

شرکت آمریکایی Dimension Bond در لیست محصولات تجاری خود در زمینه مواد بلبرینگ، محصول نانوکامپوزیتی تقویت شده دارد که نسبت به دیگر محصولات این شرکت دارای مقاومت به سایش بالاتری است. این شرکت موارد استفاده این بلبرینگ را در کاربردهایی با بالاترین استحکام و بالاترین مقاومت به سایش ذکر کرده است.

*سیال انتقال حرارت با عملکرد بالا
اینکه افزوده شدن ذرات جامد به مایعات، انتقال حرارت آنها را افزایش می‌دهد امری کاملا شناخته شده است و مطالعات نظری آن به دهه اول 1800 و ماکسول مربوط می‌شود اما تحقق عملی آن به دلیل در دسترس نبودن ذرات کوچک مناسب عملا تا به امروز امکان‌پذیر نبوده است. استفاده از ذرات بزرگتر هم معمولا مشکلاتی مانند رسوب ذرات در مایع، لخته (کلوخه) شدن شیارهای سیال و سایش قطعات پمپ‌کننده مایع را به همراه داشته است.

بنابراین بسیاری از صنایع از تولید انرژی گرفته تا میکروالکترونیک، به سیالات جدید و کارآمدی برای انتقال حرارت نیاز دارند. چنین سیالاتی مزایای قابل توجهی را برای فناوری کنونی روان سازها و خنک‌کننده‌ها به همراه خواهند داشت.

یکی از گزینه‌های مناسب برای افزایش بازدهی انتقال حرارت خنک‌کننده‌ها یا هر سیال دیگری استفاده از نانوسیال‌ها است. حسن این نانوذرات آن است که مشکل ذرات بزرگتر را نداشته و یا آن را تاحد قابل توجهی کاهش می‌دهند. اندازه فوق‌العاده کوچک این ذرات موجب می‌شود تا به راحتی و بدون لخته شدن و یا ساییدن پمپ، جریان پیدا کنند. به علاوه احتمال رسوب آنها نیز کمتر است و به راحتی و با روش‌های مناسب می‌توان مقدار آنها را کاهش داد یا از مایع خارج کرد.

از طرفی با استفاده از نانوسیالات حاوی نانوذرات رسانا، امکان سوخت موتورها، پمپ‌ها و رادیوتورهای سبک‌تر و کوچک‌تر و دیگر قطعات کوچک و بزرگ مورد نیاز خودرو فراهم می‌شود. به این ترتیب موتور خودروها و هواپیماها سبک‌تر شده و مسافت بیشتری را با همان مقدار سوخت موتورهای معمولی می‌پیمایند. این دستاورد تاثیر قابل توجهی در کاهش انتشار آلاینده‌ها داشته و در نهایت به سلامت بیشتر محیط زیست کمک خواهد کرد.

شرکت آمریکایی NanoDynamics هم اکنون نانو موادی مانند نانو ذرات مس (200 نانومتر، صدهزار کیلوگرم در سال) نقره (10 نانومتر) و فلزات دیگر،‌اکسیدها، سرامیک‌ها و نانولوله‌های کربنی را تولید می‌کند و روش‌های منحصر به فردی در شکل‌دهی نانوسیالات مسی در سیستم‌های شیمیایی و بسیار شبیه به آنچه در خنک‌کننده‌های اتومبیل به کار می‌رود، ابداع نموده ودر اختیار دارد.

*پیل‌های سوختی بهبود یافته
استفاده ازنانوفناوری درساخت، پوشش‌دهی و بهبود کاتالیست‌های مورد استفاده در پیل سوختی از کاربردهای عملی این فناوری در زمینه تامین انرژی است.

با استفاده از این مواد می‌توان میزان مصرف مواد گرانقیمت در ساخت کاتالیست‌ها را کاهش داد، بازدهی پیل را افزایش داد و موانع عملیاتی برای تجاری شدن پیل‌های سوختی را از بین برد. خودروهای سبک بیشترین بازار را برای استفاده از پیل‌های سوختی دارند.

شرکت FUCHSIA سیستم ذخیره‌سازی سبک برای خودروها توسعه داده است که در دمای مناسب و فشار کم کار می‌کند. شرکت تایوانی Asia Pacific Fuel cell Technoloies Ltd الکترودهای غشایی نانو لوله‌های کربنی جدید برای پیل‌های سوختی هیدروژنی و متانولی اختراع کرده است که 75 درصد پلاتین کمتری مصرف می‌کند و این موجب افزایش قدرت رقابت‌ آنها می‌شود.

فناوری LED در لامپهای خانگی

بی هیچ تردیدی دیودهای ساطع کننده نور (LED) روشنایی دنیای آینده را تامین خواهند کرد به طوری که در آینده ای نزدیک، لامپهای بر پایه فناوری LED می توانند جایگزین لامپهای کنونی شوند.

  مزیت بزرگ این لامپها این است که قادرند تقریبا تمام انرژی را به نور تبدیل کرده و میزان کمی از انرژی را به صورت گرما تابش کنند. همچنین این لامپها محتوی جیوه نبوده و بنابراین آلودگی زیست محیطی آنها بسیار پایین است. ا، مدت زمان استفاده از آنها است به طوری که این لامپها می توانند 100 سال عمر کنند. به همین علت محققان معتقدند که ظرف 10 سال آینده 100 درصد از بازار به لامپهای LED اختصاص خواهد یافت.

  تنها مشکل موجود در استفاده از LED در لامپ این است که این دیودها رنگی هستند و برای تابش نور سفید باید بتوانند به روشی مناسب نورهای آبی، قرمز و سبز را با هم ترکیب کنند. در این میان، نور سبز یک مانع بزرگ بر سر راه تولید نور سفید است چرا که تاکنون مکانیزمی که برای تولید آن استفاده می شد بسیار پیچیده بود و مقدار زیادی از انرژی را هدر می داد.

  اکنون گروهی از دانشمندان "لابراتوار ملی انرژی تجدیدپذیر آمریکا" (NREL) موفق شدند تکنیک جدیدی را ارائه کنند که می تواند این مانع بزرگ را رفع کند.

  این محققان با استفاده از فناوری که برای بهبود راندمان پیلهای فتوولتائیک استفاده می شود روشی را برای تولید نور سبز با بازده بالا پیدا کردند.

  نتیجه این آزمایشات بسیار مطلوب بود اما این دانشمندان در برنامه آینده خود قصد دارند برای رسیدن به طیف نور سفید به جای استفاده از سه رنگ از چهار رنگ استفاده کنند. این رنگ چهارم "قرمز تیره" و یا "سبز لیمویی" خواهد بود.

  براساس گزارش R & D Magazine، وزات انرژی آمریکا اعلام کرده است که ظرف چهار سال آینده لامپهای سنتی و ظرف 10 سال آینده لامپهای فلورسانت را از بازار خارج خواهد کرد و بنابراین تنها در آمریکا تا سال 2030 در مصرف انرژی بیش از 120 میلیارد دلار صرفه جویی و از انتشار میلیونها تن گاز گلخانه ای به اتمسفر جلوگیری خواهد شد.

باتری ها نیروگاه مینیاتوری

ساخت باتری با ساختار پیشرفته کنونی، نخستین بار در سال 1800 میلادی شکل گرفت. الساندرو ولتا - دانشمند ایتالیایی- برای نخستین بار یک پیل با نام "پیل ولتایی" ساخت که در آن دو صفحه فلزی یکی از روی و دیگری از نقره به عنوان الکترودها استفاده می‌شدند. این دو صفحه در محلول آب نمک قرار گرفته و توسط یک صفحه مقوایی نازک از هم جدا می‌شدند.

   هنگامی‌که دو سر بالایی صفحه‌های فلزی توسط سیم به هم وصل شدند، درون سیم جریان الکتریسته برقرار شد. ولتا سعی کرد که پتانسیل الکتریکی ایجاد شده را اندازه‌گیری کند. این پتانسیل الکتریکی همان ولتاژ نام گرفت که بعد از او با واحد" ولت" سنجیده می‌شود.

آنچه که امروز به نام باتری می‌شناسیم در واقع همان پیل ولتایی در شکل جدیدتر و پیشرفته‌تر است.

تولید برق از حرکات طبیعی بدن با فن‌آوری نانو

به گزارش ایسنا، این مواد که از نانوروبان‌های سرامیکی جاسازی شده در داخل ورقه لاستیکی سیلکونه تشکیل شده‌ است، هنگام خم شدن الکتریسیته تولید می‌کند و کارآیی زیادی در تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی دارد.

  کفش‌های ساخته‌ شده از این ماده روزی خواهند توانست انرژی پیاده‌روی و دویدن را برای تغذیه افزاره‌های الکتریکی قابل ‌حمل جمع‌آوری کنند. این ورقه‌ها با قرار گرفتن بر روی شش‌ها خواهند توانست حرکات تنفسی را به منبع تغذیه تنظیم‌کننده قلب تبدیل کرده و نیاز به جراحی برای تعویض باتری‌های تغذیه آنها را برطرف کنند.

  گروه پرینستون اولین تیمی است که با موفقیت سیلیکونه و نانوروبان‌های تیتانات زیرکونات سرب (PZT) را ترکیب کرده است. PZT یک سرامیک پیزوالکتریک است به این معنا که با قرار گرفتن تحت فشار مکانیکی می‌تواند ولتاژ الکتریکی تولید کند. در بین تمام مواد پیزوالکتریک، PZT کارآترین می‌باشد و قادر است که 80 درصد انرژی مکانیکی اعمال شده را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.

  میشائیل مک آلپاین، مدیر این پروژه، می‌گوید: "PZT صد برابر کاراتر از کوارتز (یک ماده پیزوالکتریک دیگر) است. اگر شما بخواهید بیشترین انرژی ممکن را از پیاده‌روی و یا حرکات تنفسی تولید کنید باید آن‌را به کارآترین روش ممکن برداشت کنید".

  فرایند ساخت این پژوهشگران با تولید نانوروبان‌های PZT شروع می‌شود. آنها در یک فرایند جداگانه این روبان‌ها را در داخل ورقه‌های شفافی از پلاستیک سیلکونه جاسازی کرده و چیزی به نام "تراشه‌های پیزو-پلاستیک" درست کردند. سیلیکونه که در کاشت‌های زیبایی و افزاره‌های پزشکی استفاده می‌شود یک ماده زیست‌سازگار است.

  مک آلپاین گفت: "این افزاره‌ جدید جمع‌آوری‌کننده انرژی می‌توانند در داخل بدن قرار گیرد و بدون اینکه توسط آن دفع شود به طور همیشگی به افزاره‌های پزشکی توان دهد".

ایجاد پلاستیکهای الکترونیکی برای ساخت پانلهای خورشیدی

کاهش هزینه های ساخت پانلهای خورشیدی فتوولتائیک یکی از اهداف فناوری امروز جهان است. انرژی خورشیدی یک راه حل معتبر و در دسترس برای تولید انرژی الکتریکی است.

  در این راستا محققان دانشگاه پرینستون روشی را ارائه کرده اند که به کمک آن می توان از یک ماده رسانای بسیار گران که در حال حاضر در این پانلها استفاده می شود جلوگیری کرد.

  به گفته این دانشمندان می توان گروهی از پلیمرهای پلاستیکی الکترونیکی را جایگزین این ماده رسانا که اکسید ایندو استانیوم (Ito) نام دارد کرد.پژوهشگران آمریکایی در این خصوص توضیح دادند: "پلیمرهای رسانا از مدتها قبل شناخته شده اند.

  این درحالی است که تاکنون تکنیکهای استفاده شده برای تبدیل آنها به مواد قابل استفاده به گونه ای بوده است که در فرایند تغییر، توانایی رسانایی الکتریکی این مواد از بین می رود. اکنون ما موفق شدیم روشی را پیدا کنیم که این مواد پلاستیکی به شکل قابل استفاده ای در آیند و همزمان خاصیت رسانایی خود را حفظ کنند."

  براساس گزارش یونایتد پرس اینترنشنال، این محققان با استفاده از اسید دی کلرو استیک توانستند پلیمرها را به شکل ترانزیستورها در آورند بدون اینکه به خاصیت رسانایی آنها صدمه ای وارد کنند.