Pálené cihly ve funkci superkondenzátorů a úložiště energie  
Před čtvrt stoletím americký spisovatel Larry Niven ve sci-fi povídce „Žena v kráteru Del Rey“ píše o povlaku na získávání energie. Ten jakoby z oka vypadl tomu s čím nyní přichází parta výzkumníků z Washington University. Vědci hodlají spižírny energie dělat ze stále ještě nejběžnějšího stavebního materiálu - pálených cihel. Jejich červená barva nanesením polymeru a ochranného povlaku z pryskyřice hodně ztmavne, takže vizionář Niven se i tou černou barvou docela trefil.

Spisovatel Larry Niven předběhl svou fikcí vědce z Washington University o 25 let. (Foto kredit Larry Niven,  Wikipedia)
Spisovatel Larry Niven předběhl svou fikcí vědce z Washington University o 25 let. (Foto kredit Larry Niven, Wikipedia)

Historie vypalovaných cihel sahá až do neolitické Číny. Teď to vypadá, že po tisíci letech, a znovu zásluhou Číňanů, dostanou cihly novou šanci. Dovybavené povlakem z vodivého polymeru, mohou sloužit jako stacionární superkondenzátory.

 

Hongmin Wang se svými kolegy údajně vyvinuli levný způsob, jak pomocí par kyseliny na cihlu nanášet při teplotě 160 stupňů Celsia povlak vodivého polymeru. Protože je cihla porézní materiál, napařovaný polymer se vsákává a jeho vodivá nanovlákna pronikají hluboko pod povrch. Výsledkem je jakási iontová houba schopná uchovat elektrický náboj, a tím i elektrickou energii.

 

Ukázka „inteligentních cihliček“ napájejících ledku. Rozměry cihliček jsou zhruba 2 x 2 x 1cm. Kredit: D’Arcy laboratory.
Ukázka „inteligentních cihliček“ napájejících ledku. Rozměry cihliček jsou zhruba 2 x 2 x 1cm. Kredit: D’Arcy laboratory.

Jako vodivý polymer zvolili vědci již delší dobu známý PEDOT (poly (3,4-ethylendioxythiofen). Genialita jejich nápadu ale spočívá v jednoduchosti řešení – využití cihel. Kromě oxidů křemičitého a hlinitého, je v nich také dostatek oxidu železa (v jiných případech mu říkáme hematit, nebo rez). Kromě toho, že dává cihle onu typickou červenou barvu, je to on, který spouští po vsáknutí nástřiku proces polymerizace. Je to právě porézní mikrostruktura pálených cihel, která spolu s přítomným hematitem tvoří ideální substrát, jak pro tvorbu robustních elektrod, tak i pro nanášení nanofibrilárního vodivého polymerního ethylendioxythiofenu propůjčujícího povlaku vysokou elektronickou vodivost.

O případném prosazení nápadu do praxe bude rozhodovat, kolik energie se tímto způsobem dá uchovat a po jak dlouhou dobu. Z dosud provedených pokusů vyplývá, že ve spojení se solárním panelem 50 dvoucentimetrových cihliček umožní napájet nouzové osvětlení po dobu pěti hodin. Parametry superkapacitoru na bázi cihel by měly být: Plošná kapacita 1,60 F cm −2. Hustota energie 222 µWh cm −2 při proudové hustotě 0,5 mA cm −2. Není to nic světoborného, ale když vezmeme v potaz, že by podle autorů nemělo jít o složitou, ani nákladově náročnou úpravu cihel, která by stavbu neměla výrazně prodražovat, a že rodinný domek představuje okolo 30 000 klasických cihel, nemuselo by jít o špatný nápad.

Zatímco my jsme se učili jak prasátko staví zeď, pro naše vnuky by v popisku klidně mohlo být: „Prasátko staví baterii“. Převzato z publikace Three Little Pigs (Knihovna kongresu USA).
Zatímco my jsme se učili jak prasátko staví zeď, pro naše vnuky by v popisku klidně mohlo být: „Prasátko staví baterii“. Převzato z publikace Three Little Pigs (Knihovna kongresu USA).

 

Ještě zbývá dodat, že aby se cihly nezkratovaly, vyvinuli vědci k jejich separaci speciální gel z vinylalkoholu a jedno molární kyseliny sírové. Uvedená kombinace vykonává funkci, jak elektrolytu, tak i separátoru. Vnější ochranu a vodě odolnost tomu všemu pak dodá nástřik pryskyřicí.


I když se jedná o soustavu kondenzátorů, výsledkem je něco, co se po vhodném propojení svou funk baterii hodně podobá. Má to dokonce i nějaké přednosti. Lze to například velmi rychle (v řádu sekund) nabít i vybít. Zachová si to svou počáteční kapacitu po mnoho tisíc nabíjecích cyklů. I po deseti tisících cyklech zůstává na 90 %. Kladem takové „baterie“ by bylo, že by pracovala efektivně při teplotách od -20 do + 60 °C. To, že cihlový kondenzátor lze dobíjet i sto tisíckrát za hodinu, je výhodou například ve spojení s mikroelektronickými senzory. A tak kdo ví, možná se v použití cihel u rodinných domků dočkáme jisté renesance. Architektům by měly být schopny nabídnout trochu víc, než beton.

 

Literatura

Hongmin Wang et al.: Energy storing bricks for stationary PEDOT supercapacitors, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-17708-1 , www.nature.com/articles/s41467-020-17708-1

News Washington University in St.Louis https://source.wustl.edu/2020/08/storing-energy-in-red-bricks/

Datum: 18.08.2020
Tisk článku

Záhadné vynálezy - Vědomosti a utajované objevy - Novák Jan A.
 
 
cena původní: 269 Kč
cena: 239 Kč
Záhadné vynálezy - Vědomosti a utajované objevy
Novák Jan A.
Související články:

Zimní radovánky: Praktická nanotechnologie vyrábí elektřinu ze sněhu     Autor: Stanislav Mihulka (16.04.2019)
Rzivá elektřina? Stačí pustit slanou vodu skrz ultratenké vrstvy rzi     Autor: Stanislav Mihulka (01.08.2019)
Pokročilá recyklace: Mikrovlny vykouzlí z PET lahví materiál pro baterie     Autor: Stanislav Mihulka (28.04.2020)
Může být shoda na energetické koncepci v Česku?     Autor: Vladimír Wagner (06.07.2020)
Průlomová kapalná kovová baterie pracuje v pokojové teplotě     Autor: Stanislav Mihulka (08.07.2020)



Diskuze:

Tak jsme se pořádně zasmáli

Pavel Nedbal,2020-08-20 11:45:02

prasátkovi kladoucímu cihly i dobrému vtipu od "výzkumného týmu", jen to přišlo jako bonus, 1.4. je bohužel jen jednou ročně. Tak tudy cesta nevede.
Pokud bychom se rozhodli, že elektrickou energií nahradíme všechny potřebné energetické vstupy a budeme elektrickou energii vyrábět jen z tzv. obnovitelných, to jest nepravidelně fungujících zdrojů, anebo se ukáže, že jiná cesta do budoucna uspokojivě nefunguje (nepodaří se fúze, nezvládneme radioaktivní odpady), budeme muset přistoupit k masivní akumulaci a to elektrické energie. Pokud tedy nejsme rozhodnuti, že se nejdříve pořádně zredukujeme vyvražděním a přejdeme k ranému středověku.
Ale nepůjde to tak, jak nám to bylo představeno na několika MWh úložištích postavených pro propagaci někde v Austrálii, ani montáží mnoha milionů domácích úložišťátek a nepůjde to proto, že pro celý svět by to nestačilo ani na desetinu a došel by materiál! Ale my akumulaci potřebujeme. Nepotřebujeme však řešit zdroje pro nositelnou elektroniku ani pro elektroauta, to si řeší a budou řešit výrobci těch věcí.
My potřebujeme něco velkého, abychom měli energii ze srpna k dispozici v lednu. Takže TWh je z tohoto pohledu malé číslo. Naštěstí nám tolik nezáleží na hustotě uloženého výkonu, klidně pro tyto účely obětujeme i kilometry čtvereční. Podmínkou je, že musí být použity materiály, rep. prvky, kterých je na Zemi dostatek a jsou dobře dostupné (jak známo O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, C, Cl, S a další) a druhou podmínkou je, že náklady, respektive potřeba energie na zhotovení, provozování a likvidaci smí být jen zlomkem energie uskladněné.
Takže vážené vývojové týmy, vzhůru do toho! Hodiny odpočítávající čas technologické civilizace neúprosně tikají! Prasátko se může zúčastnit též, keramika je jeden z dostupných materiálů (třeba na obaly).

Odpovědět


Re: Tak jsme se pořádně zasmáli

Bohumil S.,2020-08-20 12:35:51

Nesoutěžím :-) Za popsaných okolností hlasuji radši pro transkontinentální stejnosměrné "energetické dálnice" pracující s napětím v řádu milionů voltů.

Ale položil jste dobrý základ pro novou (nebo starou?) obskurní hypotézu o tom, k čemu sloužily zikkuraty a pyramidy - baterie antických civilizací!

Odpovědět


Re: Re: Tak jsme se pořádně zasmáli

Pavel Nedbal,2020-08-20 14:01:20

Náhodou soutěžíte, protože jako alternativu zmiňujete transkontinentální DC přenosy (proč ne třeba interkontinentální?).
Ne, ale vážně. Někde lehce nad 1MV končí reálná možnost i toho DC z důvodu rychleji narůstající přeskokové vzdálenosti, než narůstá napětí. Dobrá, uděláme to na hraně, dva vodiče +/- 1MV, tedy celkem 2MV. 1000A odpovídá 2 GW. ČR ve špičce kolem 10 GW, Německo nevím přesně, odhaduji 80 GW. Pokud půjdeme nahoru s proudem, pak 40000A pro Německo by vedení muselo být tvořeno tyčemi silnými jak stromy (pan Ohm stále platí!), nebo 40 paralelních vedení po 1000A, 10 vedení po 4000A, vyberte si. Jak bezpečné by vedení mohlo být ať z důvodu meteorologických, seismických, ošklivých lidí a podobně?
Ne. To se musí udělat akumulace v rozumných vzdálenostech. Někteří tvrdí, že nejlepší bude totální decentralizace, pak akumulaci budou muset mít i jednotlivci, nebo lokální skupiny (v případě off-grid), což sotva zainvestují, jiní jsou toho názoru (patřím k nim i já), že bude muset být zachována síť a akumulace bude muset +/- kopírovat stávající a budoucí hlavní rozvodny a VVN vedení.
Jediný rozumný způsob akumulace však stále vychází na akumulaci elektrochemickou, což jsem v názoru nezmínil, avšak myslel, že je jasné. Bude potřeba jako elektrody, elektrolyt a nádoby volit trvale dostupné materiály, což sice povede k nižší energetické hustotě, ale dá se nahradit u stacionáru velikostí. Třeba průtokové akumulátory jako velký areál v bezpečné vzdálenosti od osídlení.
Samozřejmě, žádná radostná jednoduchost to nebude, ale jestliže se ukáže, že zdroje energie jinak nezvládneme, se soudobou podobou civilizace se můžeme rozloučit a třeba co se Evropy týče, bude nad 40° severní šířky kvůli absenci topení neobyvatelná, alespoň pro současný počet obyvatelstva.
Takže přece jen navrhuji soutěžit o to, kdo vyvine široce použitelné megaakumulátory, třeba velikostí, jak píšete, některých starověkých staveb.

Odpovědět


Re: Re: Re: Tak jsme se pořádně zasmáli

Bohumil S.,2020-08-20 15:01:26

Máte pravdu, přemýšlím nad přepravou z Afriky do Evropy apod. a přitom píšu transkontinentální - samozřejmě že interkontinentální vedení.

No v zadání byl hliník zmíněn mezi povolenými "dostupnými" prvky, takže vodiče "silné jako stromy" nejsou principiální problém. A co se týče bezpečnosti - tento problém je u jakéhokoliv vedení. Ať už jde o elektrické, kolejové nebo potrubního. Samozřejmě by bylo z důvodu robustnosti vhodné udělat raději několik masivních vedení než jedno supermasivní.

Průtokové akumulátory jsou velmi zajímavou možností.

Ale než začneme podobně monstrózní projekty stavět, dal bych radši ještě chvilku času množivým reaktorům, urychlovačem řízené transmutaci a termojaderné fúzi. Zrovna ty prvně zmíněné množivé reaktory umíme už teď. Hlavní důvod, proč je nestavíme v masovém měřítku, je určitá zneužitelnost k výrobě jaderných zbraní. A asi o něco vyšší cena než u velmi levného "konvenčního jádra".

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Tak jsme se pořádně zasmáli

Pavel Nedbal,2020-08-20 19:10:48

Vážený pane kolego, nejsem s Vámi ve sporu.
Fór je v tom, že v Africe slunce svítí ve stejnou dobu, jako u nás v Evropě, takže v noci by nám moc nepomohlo, v zamračených podzimních a zimních dnech jen částečně.
Ale i tak, jak jsem se zmínil o 80 GW (jen) Nemecka, a chtěl to přenést 10x vedeními +/-1 MV DC 4000A, tak to vypadá, podívejte: délka 3000km (musíme počítat 2x), měrný odpor hliníku 0,0285 ohm m/mm2. 2x3000km= 6000000m, t.j. 171000 ohm/mm2, pro vodič 10000mm2 (100x100mm), tedy skoro strom je to 17,1 ohm, při 4000A úbytek 68,4 kV, tedy ztráta 273,6MW. A to se zopákne desetkrát. Vyhovuje? Transkonti z východní Asie - už ani nechci počítat. Takže tady pšenka nepokvete, i mne to mrzí.
No a jádro: zelení dělají vše proto, aby se stavba jaderných elektráren co nejvíc prodražila. Nejenom kvůli inflaci, ale všemi zdržovačkami, troufnu si říct, že by se dalo postavit za třetinu současné nabídkové ceny, kdyby do toho nikdo nekafral. Velice dobře znám Dukovany zevnitř, mám je prolezené od traf až po reaktory. Ano, byl jsem tam úplně všude. Kdybych vzal původní plány a vedle postavil identickou kopii, musela by to být legrace. Co se týče množivých reaktorů, jsou tam problémy m.j. s látkou na odvod tepla, vývoj je drahý a tak se prakticky zastavil. Snad někdy později. Termojaderná energetika je běh na dlouhou trať, bohužel ITER je zastaralý a už v začátku realizace byl zmenšen, aby byl levnější. Teď prý dostal nového ředitele, který je sekáč a lempláctví a flákačství na stavbě tvrdě potlačuje. Budiž mu přáno. Ale větší naději vidím v jiných termojaderných projektech, běží jich na světě nejméně dvacítka, částečně i soukromě, nyní státem (USA) podpořené (projekt INFUSE), něco nadějného i v Asii. Doufejme, že se USA nerozvrátí. Měl by to být dnes důležitější program, než létání do kosmu, koneckonců jistá řešení by se mohla stát i pokročilým pohonem (možná).
V každém případě bych intenzivně pracoval i na těch baterkách, včetně průtokových. Zkoušel jsem i co by se dalo dělat s akumulací ve formě vodíku, tam je problém nutnost skladovat natolik gigantická množství, že pokud by mělo suplovat celou energetiku, jsou příslušné nádrže nereálné. Taky ta účínnost El - H2 - El je dost mizerná. Ale využívat dočasnou nadprodukci el. v plně automatizovaných elektrolyzních stanicích pro technologickou spotřebu vodíku by špatné nebylo.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Tak jsme se pořádně zasmáli

Bohumil S.,2020-08-20 21:14:08

Děkuji za výpočet a za pěkné shrnutí.

No kdyby se pomocí Afriky odstranily aspoň ty sezonní výkyvy, už by ta akumulace pro vykrytí denního cyklu nebyla zdaleka takový problém.

Škoda, že dnešní doba nepřeje velkým technickým projektům. Uvolnit na nějaký dotační program stovky miliardy eur není problém, ale uvolnit zlomek této částky na nějaký strategický projekt bývá často neprůstřelné. O byrokratických překážkách nemluvě. A je skoro jedno, jestli jde o elektrárnu, výzkumné zařízení a nebo úložiště enrgie. Pokud se jako západní civilizace nezmátoříme, obávám se, že nám za pár desetiletí budou cestu v energetice ukazovat Čína s Ruskem.

Za socíků byla naše republika schopná postavit vysoce moderní Dlouhé stráně. Přečerpávačka se zaplatila za pouhých 7 let provozu. Proč od té doby nemáme postavenou další ...třeba v Krušných horách? Potřeba vykrývat energetické špičky od té doby stoupla!

Nemám v úmyslu tady brečet, ale mnoho lidí je dnes přesvědčeno, že konvenční centralizovaná energetika s velkými zdroji selhala a je potřeba ji decentralizovat. Přitom to je lež jako věž! Proto doufám, že aspoň pár takových lidí zabrousí očima na tyto řádky.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Tak jsme se pořádně zasmáli

Pavel Nedbal,2020-08-20 21:35:07

Píšete to dobře. Mne bude za půl roku 70, dětství a mládí jsem prožil v době technooptimismu a budování, ať již to bylo na kterékoliv straně. Z dnešní doby je mi smutno. Ještě ale bych se rád dožil funkčního termonukleárního energetického projektu, alespoň v malém, bylo by to jakési uspokojení a podpora víry v budoucí svět.

Odpovědět

Bohuslav Rameš,2020-08-19 23:01:21

"I po deseti tisících cyklech zůstává na 90 %"
"cihlový kondenzátor lze dobíjet i sto tisíckrát za hodinu"
Hmmm

Odpovědět


Re:

Pavel Hudecek,2020-08-20 05:55:36

Prostě provedli měření poklesu kapacity s nabíjecími cykly a měření rychlosti nabíjení+vybíjení. No a tohle vyšlo.

Což se dá interpretovat tak, že kapacita v řádu 10k cyklů konverguje k 90% počáteční hodnoty (u pokusného exempláře nic překvapivého) a že nejrychlejší nabití+vybití trvá 36 ms (u superkondenzátoru trochu nadprůměr).

Alternativně taky tak, že se dá při troše snahy zničit v řádu hodin.

A je klidně možné, že obě interpretace jsou správné.

Odpovědět

Navrat dratovych telefonov

Radoslav Porizek,2020-08-19 10:20:40

Dom vybudovany z vodivych tehal bude tvorit Faradayovu klietku, ktora odtieni signal. Takze mobily vnutri sa nebudu dat pouzivat, rovnako ako wifi cez stenu do vedlajsej izby. Takze by to asi bol navrat k dratovym telefonom (ale skor zaciatok rozmahu IP telefonov) a WIFI by mala access point v kazdej izbe.
;)

Odpovědět

Nouzove osvetlini

Mojmir Kosco,2020-08-18 22:41:03

V jihlave v podzemí svítí a svítí...od II světové

Odpovědět

Kapacita 1 cihly = 0,3Wh

Bohumil S.,2020-08-18 20:45:25

Běžná cihla má rozměr 29x14x6,5cm a povrch 1371cm2. Při hustotě energie 222 µWh cm −2 tak vychází přibližně 0,3Wh na jednu cihlu. To není vůbec špatná hodnota v kontextu některých aplikací jako například nouzové osvětlení.

Nouzové osvětlení se dosud kvůli spolehlivosti a bezpečnosti řeší pomocí NiCd článků (jinde už je EU zakázala, ale jak jde o bezpečnost, dělá EU výjimky). Kromě robustnosti NiCd články žádné další výhody nemají - jejich kapacita vztažená k velikosti i k ceně je znatelně horší než NiMH natož Li-Ion články.

Články v nouzovém osvětlení je nutné po několika (tuším max. po 5ti) letech pravidelně vyměňovat. Jinak by se mohlo stát, že budete v hotelu, vypne elektřina, začne hořet a lidi se v nastálém zmatku ušlapou na schodech. Nouzové osvětlení nemusí být nijak zvlášť silné, obvykle obsahuje pár kusů NiCd článků. Takový běžný článek v nouzovém osvětlení si můžete prohlédnout v následujícím odkazu. Má kapacitu 1,6Ah při napětí 1,2V , čili 1,92Wh.
https://www.ges.cz/cz/nicd-akumulator-nabijeci-baterie-pro-nouzove-osvetleni-1-6ah-kr-sch-1600-1z-GES07600203.html

K nahrazení jednoho takového článku byste potřebovali 6 a půl cihly. Pokud je nouzové osvětlení napájeno například čtyřmi články, zcela byste je nahradili pomocí 26ti cihel. Pokud bude gelový separátor/elektrolyt mezi cihlami dostatečně stabilní po dobu mnoha desetiletí, můžete například na schodištích mít nouzové osvětlení stavebně zabudované ve zdi. Největší výhodou by byla dlouhodobá bezúdržbovost.

O využití pro masové skladování elektřiny v domácnostech tady podle mě nejde. Přeci jenom u zdí člověka zajímá především nosnost, tepelně a zvukově izolační vlastnosti. A kdo by si chtěl komplikovat projekt a výstavbu baráku tím, jak tam má pospojovat dráty, jestli tam má dostatečnou vrstvu elektrolytu apod... Naopak v energetice by při optimalizovaném tvaru cihel (velký povrch, malý objem) mohly vznikat velké baterie k vyrovnávání prudkých změn v síti. Možná by to vyšlo levněji než Li-Ion systémy.

Odpovědět


Re: Kapacita 1 cihly = 0,3Wh

Pavel Hudecek,2020-08-19 07:29:40

Zásadní chybka v celé úvaze je, že ta užitečná plocha nebude vnější, ale vnitřní. Tak to u suerkondenzátorů normálně bývá. Cihla je porézní a tak ten vnitřní povrch může bejt o několik řádů větší než ten vnější geometrický.

Odpovědět


Re: Re: Kapacita 1 cihly = 0,3Wh

Bohumil S.,2020-08-19 07:47:08

Takto jsem údaj z článku opravdu nepochopil a originál jsem nestudoval. Článek na mě působí dojmem, že údaj o plošné energetické hustotě právě počítá s tím, že se vodivý polymer nacucá zhruba milimetr hluboko do cihly. Jinak by byla energetická hustota naopak o několik řádů nižší.

Pokud by byla energetická hustota o několik řádů vyšší než 0,2mWh/cm2 a keramika by se vypálila tvaru tenkých plátků místo ve tvaru cihel, mohli bychom rovnou zapomenout na Li-Ionky v laptopech, elektromobilech apod. A HE3DA by to mohla rovnou zabalit a přestat hrát to zdržovací divadlo pro svoje investory, protože jejich technologie, jakou svět ještě neviděl, by měla horší vlastnosti, než superkondenzátor vyrobený z cihly.

Odpovědět


Re: Re: Re: Kapacita 1 cihly = 0,3Wh

Pavel Hudecek,2020-08-19 18:07:10

No a co byste řekl třeba na takovýto běžně dostupný superkondenzátor:
https://www.tme.eu/cz/details/bcev-5.v-0.22f/superkondenzatory/bigcap/bce005r5v224fs/
váleček 11,5x12,5 mm, uvnitř dva kratší a kdybyste je rozlouskl, uvnitř každého najdete dvakrát cosi jako tabletu, dejme tomu 10x3 mm, nebo jednu větší a plechové kolečko. Zkuste si spočítat jaká je to plocha a dejte si to dohromady s cca 1 mWh co se do toho vejde. A to je "levnej krám", navíc velmi optimalizovanej na pomalé samovybíjení.

Superkondenzátor využívá jako základní princip to, že dielektrikum je tam jen vakuum mezi vodivým povrchem a molekulami elektrolytu (kapacita roste s plocha/vzdálenost), ale díky tomu se dá využívat i sebemenších nerovností povrchu a proto se toho taky využívá. Oblíbené jsou porézní materiály stylu aktivní uhlí, nebo když jsou potřeba větší proudy, udělají se elektrody sintrované, jako v NiCd/NiMH akumulátorech. Superkondenzátor je v podstatě akumulátor, konstruovaný na velké napětí, kterej pak záměrně nabíjíme tak malým napětím, aby k žádným elektrochemickým procesům nedocházelo.

Takto se prostě superkondenzátory dělají, smiřte se s tím:-)

Cihla je velmi porézní, ale nevodivá. Když se tedy vezme vhodný vodivý polymer, dá se do ní nacucat tak, že vyplní ty nejmenší póry, ale nechá póry větší pro elektrolyt. Jinak by nemělo žádný smysl tu cihlu používat a bylo by lepší by z toho polymeru rovnou udělat placičku, nebo fólii.

A když to porovnáme s běžnou Li-ion 18650 (18x65 mm, 9250 mWh), je vidět, že na dohnání rozdílu je těch řádů potřeba víc.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Kapacita 1 cihly = 0,3Wh

Bohumil S.,2020-08-19 19:12:05

Dobré odpoledne. Zřejmě Vám něco z mých příspěvků a nebo z článku uniklo. Já nerozporuji, že superkondenzátory mají vysokou kapacitu díky vysokému vnitřnímu povrchu. Ale jsem přesvědčený, že to, co autoři výzkumu udávají, není vztažené k vnitřnímu povrchu, nýbrž k povrchu cihly jako takovému. A kdyby cihla nebyla porézní, dosáhli by hodnot ještě o pár řádů nižších.

Vy tvrdíte, že v superkondenzátoru, na který odkazujete, je dosaženo energetické hustoty na jednotku PLOCHY zhruba 1mWh/cm2 a zároveň tvrdíte, že 1mm silná vrstva "cihlového" superkondenzátoru bude mít o několik řádů vyšší energetickou hustotu než udávaných 0,2mWh/cm2. Takže podle Vás má ta cihla minimálně o řád vyšší plošnou energetickou hustotu než speciálně vyráběná součástka.

Také si všiměte, jakou hodnotu má 1cm2 té cihly: 1,6F. Vy byste chtěl tuto kapacitu ještě o pár řádů zvyšovat tím, že se podle Vás udávaná hodnota 1,6F týká pouze 2D materiálu, zatímco cihla je porézní?

A teď k tomu srovnání s běžnou Li-ion 18650: hmotnost 47g, kapacita 9,3Wh, energetická hustota 198W/Kg.

U cihly má smysl počítat pouze nacucanou povrchovou vrstvu (ať nežeru) 2mm silnou. Takže: 1371(cm2)*0,2(tloušťka v cm)*3(g/cm - předpokládaná hustota napuštěné cihly) = 822g, kapacita 0,3Wh. Energetická hustota tak vychází na 0,365W/Kg. Tuto hodnotu jste ale navrhoval o několik řádů navýšit. Několik jste myslel kolik? Dva? Tři? Pokud dva řády, pak jsme na hustotě 36,5Wh/kg, pokud tři, pak 365Wh/kg.

Takže jsme na energetické hustotě, která řádově odpovídá Li-ionkám, ale s využitím něčeho tak levného a nehořlavého jako je cihla. Najděte mi prosím superkondenzátor s řádově podobnou energetickou hustotou. Ten, na který jste mě odkázal, váží 5g při kapacitě 1mWh. Energetická hustota činí 0,2Wh/Kg. Což je téměř polovina toho, co jsem spočítal pro "cihlu" já. A o několik řádů méně, než co jste tvrdil Vy.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Kapacita 1 cihly = 0,3Wh

Pavel Hudecek,2020-08-20 06:09:27

Ten výklad s využitím přiměřeně silné vrstvy, ve které se může skrývat rozumná vnitřní plocha v kombinaci s udanou kapacitou na geometrickou plochu pod kterou se tento objem skrývá, se zdá být správný.

1,6 F je dost. To by při 0,2 mWh = 0,72 J vedlo k napětí 0,95 V a to teda žádná sláva. Což ale odpovídá obrázku se zelenou LEDkou (potřebuje cca 2 V), kde jsou u ní 3 ks, tedy asi v sérii.

Odpovědět


Re: Re: Re: Kapacita 1 cihly = 0,3Wh

Pavel Hudecek,2020-08-19 18:17:07

Ještě přidám z odkazovaného článku univerzity:

“In this work, we have developed a coating of the conducting polymer PEDOT, which is comprised of nanofibers that penetrate the inner porous network of a brick; a polymer coating remains trapped in a brick and serves as an ion sponge that stores and conducts electricity,” D’Arcy said.

Přeloženo aut. překladačem:
"V této práci jsme vyvinuli povlak vodivého polymeru PEDOT, který se skládá z nanovláken, které pronikají do vnitřní porézní sítě cihel; polymerový povlak zůstává uvězněn v cihle a slouží jako iontová houba, která ukládá a vede elektřinu," řekl D'Arcy.

Odpovědět


Re: Kapacita 1 cihly = 0,3Wh

Jiří Pospíšil,2020-09-08 15:26:00

Ale jejich cihličky měly určený jen jeden rozměr, byly to cihličky dvoucentimetrové a nevíme jak široké a dlouhé. To znesnadňuje všechny úvahy jak o nouzovém osvětlení, tak o gigantických kondenzátorech, protože nic jiného ta cihlička není sestavených z miliard dvoucentimetrových cihliček.
Chápu, že jedna taková cihlička se dá vybít mnohokrát za vteřinu. A že pár cihliček rozsvítí několik ledek pro nouzové osvětlení chodby hotelu. Ale jímá mě pochybnost o vzájemném propojení cihliček v diskutované pyramidě, těch drátku a drátů a kabelů, aby to dalo nějaký výsledek pro síťové potřeby moderního světa.

Odpovědět


Re: Re: Kapacita 1 cihly = 0,3Wh

Jiří Pospíšil,2020-09-08 15:33:03

Pardon, v druhé větě prvního odstavce patři"...nic jiného ta pyramida sestavená sestavená z miliard dvoucentimetrových cihliček není."

Odpovědět

Dotazy

Pepa Vondrák,2020-08-18 12:00:43

Dobrý den, mám 3 dotazy:

1) kde vezmu ten PEDOT?
2) kde má cihla plus a mínus?
3) funguje rychlonabíjení bleskem?

Díky,

P.

Odpovědět


Re: Dotazy

Pavel Hudecek,2020-08-18 12:34:33

1) Např. https://www.sigmaaldrich.com/materials-science/material-science-products.html?TablePage=113789959 Jen je otázka, který je ten správný.

2. Kde chcete. Vezmete dvě cihly, obě nadopujete tím polymerem, ke každé připojíte jeden drát. Nacucáte elektrolytem, kydnete separátor a plácnete na sebe. Kde je + a kde - je celkem jedno.

3. Vzhledem k tomu, že izolaci tvoří jen elektrochemický potenciál mezi elektrolytem a elektrodou (krát 2), je pracovní napětí někde na této úrovni, tedy v řádu desetiny až několik V.

Jinak na domácí pokusy na téma superkondenzátory, doporučuji jako hotové elektrody tablety aktivního uhlí, elektrolyt kyselinu sírovou a seperátor papír.

Odpovědět

Obavy nejsou na místě

Ella Zitova,2020-08-18 10:03:48

Nic nehrozí ani při vrtání hmoždinek, ani zatloukání skobiček. Možností to ošetřit je nepřeberně. Lze použít například „Protokoly typu žádost“ využívané k nastavení a monitorování konfiguračních parametrů sítě SNMP. Software pro napájení obvodů jsou mraky. Rozvody s miniaturními jističi (DCM) jsou již tak levnou záležitostí, že to neprodraží. DCD moduly v rámci napájecích systémů rozvádějících stejnosměrný proud do zátěží taktéž zahrnují ochranu,… Obavy z uškvaření a pod, jsou liché.

Odpovědět

Proč by to nešlo s betonem

Jan Novák9,2020-08-18 08:54:39

Pokud bude mít správné složení - daly by se jednoduše odlévat velkoplošné struktury do ztraceného bednění z děrovaného plechu jako vodiče a injektovat vodivý polymer přes díry.

Odpovědět

Libor Zak,2020-08-18 07:42:17

Je možné, že se v takovém případě člověk při vrtání hmoždinky pro obraz zničehonic stane škvarkem?

Odpovědět


Re:

Jan Novák9,2020-08-18 08:48:38

Pravděpodobně ne, jen vám vrták vyteče ze zdi a zhasnou světla :-)

Napětí nebude nijak vysoké, vrtačka je stroj s dvojitou izolací a obvod pravděpodobně nebude spojený se zemí. Pokud ale budete mít mokrou zeď...

Odpovědět


Re:

Vít Prokop,2020-08-18 08:51:07

Odstavení případných zkratovaných obvodů je dávno vyřešeno. Nehledě na fakt, že stále půjde o malá napětí i proudy.

Odpovědět


Re: Re:

Jan Novák9,2020-08-18 09:08:52

Jestli to budete používat k uložení energie pro něco jiného než pro hraní - na nouzová světla jsou levnější řešení - tak napětí bude 50-400V a proudy odpovídající alespoň 2kV při daném napětí.

Jestli plánujete dát ochranu mezi každou cihlu ... tak to bychom měli cca 30000 ochran pro rodinný domek. Prada, nic co by se za půl milionu nedalo pořídit...

Odpovědět


Re: Re: Re:

Jan Lokaj,2020-08-18 09:58:43

Pan Novák zde opět perlí. K jeho poznámce. Zkuste se podívat v hotelích a nemocnicích, jak jsou řešena nouzová světla. Zjistíte, že se napájí 3 volty právě proto, aby v případě havárií situaci nekomplikovaly. Nebo stačí si tento týden skočit do Lídlu a kupte si tam světlo napájené ze soláru s pohybovým čidlem za pár korun a sami se můžete přesvědčit, že Vám opravdu nic nehrozí. A když si tím posvítíte do očí zjistíte, že jako nouzovka to je až kam….

Odpovědět


Re: Re: Re: Re:

Jan Novák9,2020-08-18 15:59:48

OK, až se naučíte číst, tak byste si mohl přečíst co jsem napsal. Zatím se vám to zjevně nepodařilo. Neztrácejte naději, opakování dělá mistra :-))

Odpovědět


Re: Re: Re: Re:

František Kroupa,2020-08-18 20:34:55

Řekl bych, že napájení "třemi volty" je spíše než "nekomplikování" přirozeným důsledkem vlastností Li-pol akumulátorů, které mají jmenovité napětí 3,7 V (na článek). To zjednodušuje konstrukci, takové napětí už vyhovuje pro napájení elektronických obvodů i bílých LED diod bez potřeby konverzí.
Mimochodem, běžně jsou k dostání nouzová >>zářivková

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re:

František Kroupa,2020-08-18 20:44:25

zářivková svítidla napájená NiCd akumulátory. Zářivka potřebuje aspoň těch sto voltů, takže ve svítidle musí být měnič.

Technická poznámka - chtěl jsem slovo "zářivková" zvýraznit skobičkami (znaky větší/menší). Zleva, jak je vidět, prošly, ale zprava ne, a nevložil se zbytek textu.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace