Translate

четверг, 8 января 2015 г.

Батарейка будущего из сахара



Прототип электрической батареи, созданный в Политехническом университете Виргинии, использует в качестве рабочего вещества сахарозу и обладает плотностью энергии, на порядок превосходящей все существующие решения. По самым оптимистичным оценкам потребуется всего 2-3 года, чтобы модернизировать конструкции всех мобильных гаджетов для работы с новым источником питания.







Глюкоза и ее производные, вроде сахарозы, это созданные самой природой аккумуляторы энергии. Извлечь ее несложно – в ход идут процесс окисления при контакте вещества с кислородом, а побочным продуктом химической реакции является обычная вода. Одной из первых батарейку для электронных устройств, сделанную из сахара, представила Sony в 2007 году. Внутри 4-см кубика под воздействием энзимов на аноде глюкоза расщепляется и электроны устремляются к катоду, где взаимодействуют с кислородом и образуют молекулы воды. А высвобожденная энергия отводится для нужд потребителей.






В разработке ученых используется вещество мальтодекстрин, позволяющее добиться небывалой энергетической плотности – по сравнению с серийными литий-ионными аккумуляторами она выше в 10 раз. То есть, обладая схожими размерами, подобная батарейка сможет работать без подзарядки в разы дольше. По словам руководителя проекта, профессора Персиваля Чжана (Percival Zhang), речь идет о создании самого настоящего перезаряжаемого топливного элемента, универсального источника энергии будущего.Но, в отличие от водородных ячеек или батарей с метанолом, здесь химическая реакция протекает с использованием безопасных веществ – сахар, энзимы и вода. Нет ни угрозы взрыва, ни воспламенения, а после истечения срока эксплуатации утилизировать батарейку проще простого, она полностью разлагается в естественной среде. Восстанавливать заряд тоже несложно, достаточно лишь подсыпать ложечку-другую сахара, точнее, подлить раствор на основе глюкозы.





Путь от рабочего прототипа до серийных устройств, которые можно установить в планшеты и ноутбуки, по мнению профессора, будет пройден за 3 года. Торопиться не стоит, лучше как следует не только проработать саму технологию, но и продумать пути модернизации энергетической индустрии. Переход на биоразлагаемые топливные элементы снизит количество генерируемого отраслью мусора на сотни тысяч тонн в год.

Атомная память делает квантовые коммуникации реальностью




Одной из причин медленности внедрения в практику обработки квантовой информации и ее пересылки на большие расстояния до последнего времени было отсутствие соответствующей памяти.
[cut]

В 2001 г. команда из Университете Инсбрука и Гарвардского университета предложила протокол DLCZ, делающий возможной передачу квантовых данных на значительные дистанции. Для этого требовалось, чтобы квантовая информация в промежуточных пунктах могла храниться до тех пор, пока обычный сигнал не подтверждал успешность попыток ее передачи на следующий узел. Ключевым условием реализации DLCZ, поэтому, была достаточно стабильная квантовая память.

Теперь, похоже, нужное решение наконец найдено: на факультете физики Варшавского университета (FUW) создана полнофункциональная атомная память. Чрезвычайно простая и надежная конструкция и отличные рабочие характеристики делают ее пригодной для множества приложений, в том числе в телекоммуникациях.
«До сих пор квантовая память нуждалась в крайне сложном лабораторном оборудовании и охлаждении системы до температур, близких к абсолютному нулю, — пишет соавтор статьи в Optics Express Радек Храпкевич (Radek Chrapkiewicz). — Атомная память, которую нам удалось создать, работает при гораздо более высоких температурах (несколько десятков градусов Цельсия), которые гораздо проще поддерживать».

Атомная память делает квантовые коммуникации реальностью
Главным элементом экспериментального запоминающего устройства была цилиндрическая камера диаметром 2,5 см и длиной 10 см. В нее был закачан инертный газ (криптон), а внутренняя поверхность — покрыта рубидием. При небольшом нагреве (до 90 °C) рубидий испарялся, а атмосфера инертного газа сковывала движение его атомов и таким образом уменьшала шум. В процессе записи фотоны лазерного луча «отпечатывали» квантовые состояния на многих атомах рубидия, другие фотоны переизлучались, подтверждая, что данные сохранены. Считывание хранящейся в устройстве квантовой информации производилось еще одним лазерным импульсом.
Для записи/чтения исследователями разработаны продвинутые методы фильтрации света и инновационная камера с крайне низким уровнем шума и быстродействием в десятки раз больше, чем у существующих аналогов.
Созданная в FUW одиночная ячейка атомной квантовой памяти способна сохранять различные пространственные состояния (моды) света. Это означает, что данное решение в настоящий момент является самым емким: ячейка такого типа может служить буферной памятью для нескольких оптоволоконных кабелей одновременно.


Культовую игру Quake запустили на осциллографе

Финский программист Пекка Вяанянен создал версию классической шутер-игры Quake для осциллографа.
Осциллограф — прибор, предназначенный для исследования (наблюдения, записи; измерения) амплитудных и временны́х параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, либо непосредственно на экране, либо записываемого на фотоленте, передает Meduza.В своем блоге программист рассказал о процессе преобразования графики игры в аудиосигнал, который подается на устройство. В результате луч высвечивает на экране упрощенную графику из Quake — и позволяет играть, используя осциллограф в качестве экрана.Ранее фанаты запустили Doom на банкомате. Австралийские инженеры не только запустили игру на устройстве для обналичивания денежных средств, но и приладили к нему управление на кнопках банкомата. Автралийским моддерам также пришлось несколько усовершенствовать банкомат, прежде чем запустить на нем культовый шутер.Quake — компьютерная игра в жанре шутера от первого лица, разработанная id Software и выпущенная 22 июля 1996 года. Игра совершила прорыв в 3D технологиях, используя текстурированные полигональные модели вместо спрайтов, тем самым реализуя полностью трехмерный мир, вместо двумерной карты с информацией о высоте (как было в Doom).https://www.youtube.com/watch?v=aMli33ornEU#action=share

Грандиозное тестирование батареек

Каждый раз при покупке батареек у меня возникало много вопросов:
Насколько дорогие батарейки лучше дешёвых?
Какие из батареек, стоящих одинаково, лучше покупать?
Насколько ёмкость литиевых батареек больше обычных?
Насколько ёмкость солевых батареек меньше, чем у щелочных?
Отличаются ли батарейки для цифровых устройств от обычных?
Чтобы получить ответы на эти вопросы я решил протестировать все "пальчиковые" (АА) и "мизинчиковые" (AAA) батарейки, которые удастся найти в Москве. Я собрал 58 видов батареек АА и 35 видов ААА. Всего было протестировано 255 батареек — 170 АА и 85 ААА.
Грандиозное тестирование батареек
----------------------<cut>----------------------
В начале года я протестировал 18 батареек формата АА и ААА и опубликовал пост "Большое тестирование батареек" (ammo1.livejournal.com/46030...). Он вызвал огромный интерес, его просмотрели более 150 тысяч раз в ЖЖ и растащили по всему интернету. После этого Олег Артамонов (olegart.ru) отдал мне свой анализатор батареек (ammo1.livejournal.com/47005...) и я решил сделать глобальный тест.
Для повышения точности измерений анализатор батареек не использует ШИМ — он создаёт постоянную резистивную нагрузку на батарейку. Прибор может работать в разных режимах. Для тестирования батареек АА использовались три основных режима:
• Разряд постоянным током 200 mA. Такая нагрузка свойственна для электронных игрушек;
• Разряд импульсами 1000 mA (10 секунд нагрузка, 10 секунд пауза). Такая нагрузка свойственна для цифровых устройств;
• Разряд импульсами 2500 mA (10 секунд нагрузка, 20 секунд пауза). Такая нагрузка свойственна для мощных цифровых устройств — фотоаппаратов, вспышек.
Кроме того по четыре батарейки были разряжены маленькими токами 50 и 100 mA.
Измерение делались при разряде батареек до напряжения 0.7 V.
Все данные тестирования сведены в таблицу: nadezhin.ru/lj/ljfiles/bat_...
По графику разряда отлично видно, как ведут себя батарейки разных типов.
Разряд батареек АА током 200 mA
Грандиозное тестирование батареек
Первые пять линий — солевые батарейки. Хорошо видно, насколько меньше их ёмкость.
Последние три линии — литиевые батарейки. Они не только имеют большую ёмкость, но и разряжаются по-другому: напряжение на них не снижается почти до самого конца, а затем резко падает. Особенно ярко это выражено у батарейки GP Lithium. Кроме того литиевые батарейки могут работать на морозе.
Среди множества похожих щелочных батареек хорошо видны два аутсайдера — Sony Platinum и Panasonic Alkaline и два лидера — Duracell Turbo Max и Ansmann X-Power. Остальные батарейки отличаются между собой по ёмкости всего на 15%.
Вы можете изучить каждую батарейку на интерактивном графике разряда: nadezhin.ru/lj/ljfiles/aa20.... Если навести мышку на любую точку графика, отобразится название батарейки. Если щёлкнуть по точке, выделится кривая разряда этой батарейки. Можно также щёлкать по названиям батареек внизу. За интерактивные графики огромное спасибо Алексею Тягелову. К сожалению на интерактивном графике неправильно отображается время разряда. Фактически оно вчетверо меньше.
На первой диаграмме батарейки АА отсортированы по ёмкости при токе разряда 200 mA.
Грандиозное тестирование батареек
Батарейки Duracell Turbo Max действительно имеют ёмкость, немного большую, чем у всех остальных щелочных батареек, однако мне попалась одна упаковка Duracell Turbo Max, которые были значительно хуже других. По ёмкости они соответствовали обычным дешёвым батарейкам. В таблице и на графиках они помечены "Duracell Turbo Max BAD". Пост об этих батарейках:ammo1.livejournal.com/54853....
Из диаграммы хорошо видно, что разные батарейки по-разному проявляют себя при разряде большими и малыми токами. Например Camelion Plus Alkaline даёт больше энергии, чем Camelion Digi Alkaline на маленьком токе. А на большом всё наоборот. Как правило на батарейках, рассчитанных на большие токи указывают, что они предназначены для цифровых устройств. При этом есть множество универсальных батареек, отлично работающих с любыми токами.
Я усреднил количество энергии, которое батарейки выдают на больших и малых токах и на основе результатов и цены батареек (которая в некоторых случаях только приблизительна) составил диаграмму стоимости одного ватт-часа для всех батареек АА.
Все типы батареек ААА были разряжены постоянным током 200 mA. Некоторые типы батареек ААА были подвергнуты второму тесту — разряду током 1000 mA в режиме "постоянное cопротивление" (ток при этом снижался по мере разряда). Этот режим эмулирует работу батареек в фонаре.
Грандиозное тестирование батареек
В формате AAA Duracell Turbo Max оказался далеко не лучшей щелочной батарейкой. У многих дешёвых батареек (например Ikea, Navigator, aro, FlexPower) ёмкость была больше.
Интерактивный график разряда батареек ААА: nadezhin.ru/lj/ljfiles/aaa2...
Технические выводы:
• Большинство щелочных батареек отличается между собой по ёмкости всего на 15%;
• Литиевые батарейки имеют в 1.5-3 раза (в зависимости от тока нагрузки) большую ёмкость, чем щелочные;
• В отличие от щелочных, напряжение на литиевых батарейках почти не снижается в процессе разряда;
• Солевые батарейки в 3.5 раза хуже щелочных на малых токах и совсем не могут работать на больших;
• Существуют три вида щелочных батареек: универсальные, рассчитанные на малые токи нагрузки и рассчитанные на большие токи нагрузки. При этом универсальные лучше двух других на всех токах.
Потребительские выводы:
• Солевые батарейки покупать нецелесообразно. Даже в устройствах с самым малым потреблением щелочные (Alkaline) прослужат гораздо дольше за счёт своего большого срока годности;
• Выгоднее всего покупать батарейки, продающиеся под брендами магазинов Ашан и Ikea;
• В других магазинах можно смело покупать самые дешёвые щелочные батарейки;
• Из того, что продаётся в продуктовых магазинах, лучший выбор — GP Super;
• Литиевые батарейки дорогие, зато они лёгкие, ёмкие и могут работать на морозе.
Большинство батареек предоставили оптовые компании Источник Бэттэрис istochnik.ru и Энергосистемы и Технологии e-s-t.ru. Свои батарейки предоставили компании Ikea, Camelion, Navigator. Часть батареек я купил в магазинах Ашан, Метро, Окей, Юлмарт, Пятёрочка, Дикси.
Эта статья писалась почти год, поэтому все цены даны по состоянию на лето 2014 года.
Мои статьи про батарейки:
"Химия" батареек ammo1.livejournal.com/56401...
Батарейки и мороз ammo1.livejournal.com/55997...
Ёмкость батареек АА и ААА ammo1.livejournal.com/56636...
p.s. Напоминаю, что батарейки нельзя выбрасывать в обычный мусор. Узнать, куда сдавать батарейки, можно здесь: yopolis.ru/l/batareyka.
© 2014, Алексей Надёжин.