Влад Иванищев. Про будущее
DESCRIPTION
Слайды с выступления Влада Иванищева на девклабеTRANSCRIPT
Что нас ждёт в будущем
http://apod.nasa.gov/apod/ (Astronomy Picture of the Day)
http://apod.nasa.gov/apod/ (Astronomy Picture of the Day)
A Beautiful Mind
Ionic Liquid
Terminator II
I Robot
V=JC
J=N×m=kg×m2
s2
W=Js
NiCAD
2000 год. Инструкция CD−проигрывателя UNITED советует использовать никелево-кадмиевый аккумулятор (Ni-CAD). Типичный Ni−CAD источник тока состоит из двух полуэлементов:
Cd(OH)2 + 2e− → Cd + 2OH− E1 = −0,809 В
2NiO(OH)+2H2O+2e− → 2Ni(OH)2+2OH− E2 = +0,490 В
На аккумуляторе CD-проигрывателя указано: 1300 мА⋅час и стандартное время зарядки 14 часов при токе 130 мА.
Рассчитаем минимальную массу металлов i) Ni и ii) Cd, которая нужна для изготовления данного аккумулятора.
NiCAD
n (e)=1300 mA×h×1 A
1000mA×
3600s1h
×1mol
96485 A s=0.0485 mol
m (Ni)=22×0.0485mol×58.7g /mol=2.85g
m (Cd)=12×0.0485mol×112g /mol=2.72g
EMF=0.490V−(−0.809V )=1.299V
Capacity=1300mA×h
NiCAD
10 g NiCd phone battery can contaminate 300,000 L of groundwater to the maximum acceptable concentration limit.
…
Озеро Ülimiste: 9.6 km² × 2.5 m
CH3CH2OH
2007 год. Этанол может быть использован в качестве топлива как в топливном элементе типа directethanol fuel cells (DEFC), так и для двигателя внутреннего сгорания. Один из первых DEFC, схема которого приведена, был представлен на ShellEco-Marathon в 2007.
При сгорании 1 моль этанола выделяется 1368 кДж тепла, из которых в топливном элементы в работу могут быть преобразованы 1327 кДж. Эффективность двигателя внутренного сгорания можно оценить согласно циклу Отто по уравнению: η=1−
1
r (γ−1)
CH3CH2OH
ηce=1−1
10(1.4−1)×100=60%
ηfc=13271368
×100=97%
ηce*=60%×
23=40%
ηfc*=
237286
×0.9×0.9×0.9×100=60%
90% for invertor, 90% for motor, and 90% for gas compressor in Honda FCX Clarity
Транспорт
● Mercedes-Benz Citaro
● 200 kW● 80 km/h, 200 km● 30 автобусов с
2002 года● Amsterdam,
Barcelona, Madrid, Hamburg, ...
Биогаз
2008 год. Биоочистка сточных вод заключается в переработке органических остатнок микроорганизмами. При анаэробной переработке образуется смесь, которая содержит равные количества CO2 и CH4, именуемая биогазом. При сгорании биогаза получаемого обработкой 250000 л воды с содержанием биодеградационного материала 502 мг/л (за день) выделяется 1,68 ГДж энергии.
В настоящее время биогаз получают при обработке бытового мусора. Одна тонна мусора позволяет получить 300 м3 биогаза. Современный генератор способен перерабатывать 12 тонн мусора в день.
Биогаз
E=12×12×300 m3×
1000dm3
1m3 ×1mol
22.4 dm3 ×802.3 kJ1mol
×1GJ
106 kJ=65 GJ
W=65×109 J
1d×
1d24 h
×1h
3600s=7.5×105 W=750 kW
W tot=7.5×105 W
12 t×1000 t=6.3×107 W=63 MW
Запланированная общая мощность блоков нового сланцевого завода составляет до 800 МВт.
Мощность Нарвской ГЭС 125 МВт.
http://tulevik.energia.ee/
Li vs. Al vs. Si
2009 год. Энергетическая плотность аккумуляторов коммерческих фирм составляет до 360 Вт×ч/дм3 и 200 Вт×ч/кг. Использование кислорода воздуха в качестве окислителя помоглобы значительно уменьшить массу аккумулятора, например, в литий-, алюминий-, кремний-воздушных аккумуляторах.
Рассчитаем, какой элемент теоретически мог бы дать наибольшую мощность i) на единицу массы и ii) на единицу объема. Предположим, что восстановитель может составлять до половины массы аккумулятора. Оценим стоимость элементов.
Li vs. Al vs. Si
W (Li)=12×
561000 Jmol
×1 W×1s
1 J×
1 h3600s
×1mol6.94 g
×1000 g1kg
×0.5
W (Al)=12×
1582000 Jmol
×1 W×1s
1 J×
1h3600s
×1 mol26.98 g
×1000g1 kg
×0.5
W (Si)=856000 Jmol
×1 W×1 s
1 J×
1 h3600s
×1 mol
28.09 g×
1000g1kg
×0.5
W (Li)=5610 Wh /kg=3000 Wh /dm3
W (Al)=4072 Wh /kg=10990 Wh /dm3
W (Si)=4230 Wh /kg=9860 Wh /dm3
Si (25,7%) > > Al (8,1%) > > Li (0,002%)
Сравнение батарей
4 0 0 - 1 2 0 0
7 0 0 – 1 2 0 0
M e c h a n i c a l l y r e c h a r g a b l e
2 5
7 0 0 - 1 2 0 0
3 0 0 - 4 0 0
L i f e C y c l e s
L a p t o p s , c e l l p h o n e s1 0 0 - 2 0 0L i i o n
A u t o m a t i v e a p p l i c a t i o n2 5 0 - 1 0 0 01 5 0 - 2 0 0N i - M H
A u t o m a t i v e a p p l i c a t i o n3 02 0 0Z n - A i r
M o s t o f s o l i d s t a t e d e v i c e s l i k e h e a r i n g a i d , f l a s h l i g h t b a t t e r i e s , p o r t a b l e T V , c o m p u t e r , e t c .
8 - 6 4Z n - M n O 2
T o y s 1 5 04 5 - 5 5N i c k e l c a d m i u m
a s a B o o s t e r p o w e r f o r s t a r t - u p i n i n t e r n a l c o m b u s t i o n e n g i n e
1 8 03 5 – 4 0L e a d a c i d
A p p l i c a t i o nS p e c i f i c P o w e r
( W / k g )
S p e c i f i c E n e r g y
( W h / k g )
B a t t e r y T y p e
4 0 0 - 1 2 0 0
7 0 0 – 1 2 0 0
M e c h a n i c a l l y r e c h a r g a b l e
2 5
7 0 0 - 1 2 0 0
3 0 0 - 4 0 0
L i f e C y c l e s
L a p t o p s , c e l l p h o n e s1 0 0 - 2 0 0L i i o n
A u t o m a t i v e a p p l i c a t i o n2 5 0 - 1 0 0 01 5 0 - 2 0 0N i - M H
A u t o m a t i v e a p p l i c a t i o n3 02 0 0Z n - A i r
M o s t o f s o l i d s t a t e d e v i c e s l i k e h e a r i n g a i d , f l a s h l i g h t b a t t e r i e s , p o r t a b l e T V , c o m p u t e r , e t c .
8 - 6 4Z n - M n O 2
T o y s 1 5 04 5 - 5 5N i c k e l c a d m i u m
a s a B o o s t e r p o w e r f o r s t a r t - u p i n i n t e r n a l c o m b u s t i o n e n g i n e
1 8 03 5 – 4 0L e a d a c i d
A p p l i c a t i o nS p e c i f i c P o w e r
( W / k g )
S p e c i f i c E n e r g y
( W h / k g )
B a t t e r y T y p e
График Ragone
Литиевые батареиИдеальная батарея должна быть надежной, лѐгкой, стабильной и безопасной для окружающей среды. В качестве анода используются металлы:
Металл ρ (г/см3) E0 (В) Q (Ah/g)Li 0,53 −3.04 3.86Ca 1,54 −2.87 1.34Al 2,70 −1.66 2.98Cd 8,64 −0.44 0.48
Q (Li)=11×
96485Cmol
×1 h
3600s×
1mol6.94 g
=3.86 Ah /g
Литиевые батареи
В качестве катода используются сульфиды, оксиды и галогениды: Bi2O3, FeS2, CuCl2.
Проводящие полимеры
Стоимость
Прогресс
Утилизация
Утилизиция
Благодарю за внимание