Embed Size (px)
DESCRIPTION
Слайды с выступления Влада Иванищева на девклабе
Citation preview
Что нас ждёт в будущем
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.
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
