There is 1 related live offer.

5% Off SEM, TEM, FIB or Dual Beam

Nano-Химикат-Электрическ-Механически Системы и Применения Энергии

Профессор Марк A. Шеннон, Директор, Центр Науки и Техники Национального фонда США для Предварительных Материалов для Очищения Воды с Системами (WaterCAMPWS); Микро--Nano-Механически Лаборатория (MNMS) Систем; Отдел Механически Науки и Инджиниринга; Университет Иллинойсаа на Урбана-Шампаре
Соответствуя автор: mshannon@illinois.edu

Поиски дальше для источников питания наивысшей мощности и плотности энергии на всегда более малых размерах для применений колебаясь от датчиков на-обломока к вставной pharma-поставке к microrobots летая к более мирским применениям приводя PDAs и компьютеры в действие. Для того чтобы датировать, батареи приводили большинств все мал-определенные размер приборы в действие, поставляя микроватты до 100 Ватт как необходимы. Но каждое хочет их приборы работать более длиной и с больше характеристик в более малых пакетах, которое значит для одинакового размера что больше потребностей в энергии храниться (плотность энергии определяет сколько времени они работают) и тарифу что энергию можно поставить (сила) нужно быть более высоок.

В жестокосердной закрутке ироничности для батарей, как увеличения притяжки силы, плотность энергии уменьшает, поэтому тщательная уступка сделана между силой и энергией с батареей - приведенными в действие приборами. Нанотехнология увеличивает и силу и энергию приходя от источников питания, путем делать более лучшую пользу источников энергии (как ион лития в батареях), и возможно более важно, путем позволять новым топливам быть использованным которые по существу имеют более высокие плотности энергии.

Таблица 1 показывает плотность энергии в массу и том блока для различных топлив, или источники энергии. Заметьте что большинств топлива имеют порядок величины больше плотности энергии чем ион лития, который теперь премьер-министр топливо батареи.

Пока нанотехнология используется для того чтобы построить более лучшие аноды и катоды для батарей иона лития, потенциал редоксов не имеет как много доступной энергии как другие топлива. Проблема что, пока батареи иона лития (и воздуха цинка) могут фактически поставить энергию на малом масштабе, другим более высоким топливам плотности все еще нужны робастное и эффективные способы для того чтобы преобразовать ту энергию к силе.

Она нет дали, котор что эти топлива могут поставить силу на очень малом масштабе, или что они могут превысить представление батарей иона лития. Может нанотехнология встретить изменения в ряде силы, поставляет плотности энергии более большие чем кило-Ватт-hr/литр, работает над широким диапазоном внешних условий (температуры, давления, и влажности), так, что топлива потенциала более высокой энергии можно реалистично использовать?

Отсеки топливного бака часто были зазываны как источник питания следующего поколени который может поставить и наивысшую мощность и плотность энергии (в части потому что они не должны снести окислитель бортовой, используя кислород в воздухе). Однако, отсеки топливного бака микромасштаба чреваты с проблемами. Не Похож На батареи которые носят оба реактанта редоксов продукты которого остали внутри батарея, и которому не нужна вспомогател приборы (за исключением контейнера и электродов), потребность отсеков топливного бака середины поставить топливо, кислород, вымотать продукты, и проконтролировать уровень оводнения повсеместно в прибор.

Отсекам топливного бака также нужны середины контролировать поставку топлива и кислорода с изменениями в электрической нагрузке, которые часто используют разработанные механически и электрические системы управления. Поэтому, трудно для много отсеков топливного бака отрегулировать огромные изменения в нагрузке. Основные проблемы для отсеков топливного бака микромасштаба, поэтому, как поставить топливо с плотностью высокой энергии, без использования больших вспомогател систем которые уничтожают значительные количества силы, и для отсека топливного бака для того чтобы ответить к большим изменениям в электрической нагрузке, в меняя температурах окружающей среды и влажностях.

Несмотря на эти возможности, клетки микро--топлива мембраны (PEM) обменом протона теперь достигали меньш чем 10 микролитров в полном томе1, как показано в Диаграмме 1, включая топливо, PEM, и вспомогател системы, с мгновенной пиковой плотностью мощности 360 W/l и плотностью энергии над 250 W•hr/l, и возглавлены к мгновенной плотности мощности более высоко чем 1000 W/l и плотность энергии над 500 W•hr/l.

Диаграмма 1. Полный nanoenabled отсек топливного бака 10 nanoliter.

Эти отсеки топливного бака работаемые на гидридах металла, и имеют динамический диапазон над 3 порядков величины деятельности от микроватт (номинальных) к милливаттам (номинальным), с силой 10 mW мгновенной пиковой. Гидриды металла Nanostructured прореагируют почти мгновенно с водой в любой форме к газу водопода продукции, который поставляет отсек топливного бака с своей плотностью высокой энергии2,3,4.

Однако, для того чтобы достигнуть этого динамического диапазона, энергия, и плотности мощности, агрегат электрода мембраны, который состоится из мембран nanopore (показанных в Диаграмме 2), nanocatalysts и настоящих collecctors, и системе управления всем nanoliter механически должны быть конструированы и оптимизированы для того чтобы увеличить хранение горючего, без использования паразитной силы5,6.

Диаграмма 2. Шарж PEM на левой стороне, и изображение SEM nanopores внутри кремний на правильной позиции. Nanopores functionalized с группами сульфоната для того чтобы позволить оводнению с водой с deprotonated стенами увеличить переход протона внутри поры.

В этом путе, nano-химикат-электрическ-механически системы могут помочь вымостить новый путь к источникам высокой энергии и плотности мощности для широкого диапазона течения, и большинств excitingly вытекая применения которые не были бы возможны без новых источников питания.


Справки

1. Moghaddam, S., E. Pengwang, K.Y. Lin, R.I. Masel, M.A. Шеннон, «Отсек Топливного Бака Миллиметр-Маштаба с Бортовым Топливом и Пассивной Системой Управления,» Журнал Microelectromechanical 17:6 Систем, 1388-1395, 2008.
2. Zhu, L., D. Ким, H. Ким, R.I. Masel, и M.A. Шеннон, «Поколение Водопода от Гидридов в Реакторах Маштаба Миллиметра для Микро- Применений Отсека Топливного Бака Мембраны Обменом Протона,» Журнал 185:2 Источников Питания, 1334-1339, 2008.
3. Zhu, L., K.Y. Lin, R.D. Морган, V.V. Swaminathan, H.S. Ким, B. Gurau, D. Ким, B. Bae, R.I. Masel, и M.A. Шеннон, «Интегрировали Источник Микро--Силы Основанный на Отсеке Топливного Бака Микро--Кремния, Генераторе Водопода MEMS,» Журнал 185:2 Источников Питания, 1305-1310, 2008.
4. Zhu, L; V. Swaminathan; B. Gurau; R.I. Masel; и M.A. Шеннон, «Бортовой Метод Поколения Водопода Основанный на Гидридах и Спасении Воды для Клеток Микро--Топлива,» Журнал Источников Питания 192, 556-561, 2009.
5. Moghaddam, S., E. Pengwang, R.I. Masel, и M.A. Шеннон, «Ауторегуляционный Генератор Водопода для Микро- Отсеков Топливного Бака,» Журнал 2008) 185:1 Источников Питания (, 445-450, 2008.
6. Moghaddam, S.; E. Pengwang, Y-B. Jiang, A.R. Garcia, D.J. Burnett, J. Brinker, R.I. Masel, И M.A. Шеннон, «Nanoengineering Мембрана Обменом Протона Следующего Поколени для Отсеков Топливного Бака,» Нанотехнология Природы (под просмотрением 2009).

Авторское Право AZoNano.com, Профессор Марк A. Шеннон, (Университет Иллинойсаа на Урбана-Шампаре)

Date Added: Dec 20, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:39

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit