Электричество из тепла, света и движения

Каждый вид источников энергии требует отдельных устройств для выработки электричества. Раздельное производство энергии требует больших затрат при необходимости иметь несколько источников электроэнергии. Ученые из Финляндии задались идеей создания нового генератора, который сможет преобразовывать одновременно движение, тепло и свет в электричество.

Проблема современных станций по выработке энергии из альтернативных источников заключается в низком КПД. Ученые пока не придумали, как преодолеть физические процессы, которые тормозят процесс сбора энергии.

Группа исследователей из Университета Оулу в Финляндии изобрели кристаллический материал из минералов, который способен собирать световую энергию как фотоэлемент, энергию тепла как элемент Пельтье, энергию движения как элемент на пьезомеханике.

Материал представляет собой разновидность перовскита, состоящего из особого вида нанокристаллов с добавлением бария и никеля. Сейчас разработка лучше всего преобразовывает световую энергию, и немного хуже – тепловую и механическую. Преодоление определенного рубежа КПД зависит от правильного подбора дополнительных компонентов и их концентрации.

Данные универсальные преобразователи имеют большие перспективы в развитии мобильных гаджетов, когда батарея смартфона сможет не только хранить большой запас энергии долго, но и самостоятельно восполнять её.

Новые суперконденсаторы созданы по образу листьев папоротника

Солнечные фотопанели постоянно совершенствуются и ещё не достигли максимума своего ПКД. Причина в низкой выработке энергии нынешними панелями скрыта не только в самих фотоэлементах, но и в аккумуляторах и суперконденсаторах, которые хранят выработанную энергию. Повышение емкости конденсаторов и их способности длительное время хранить энергию приведет к качественному скачку технологии производства солнечных батарей.

Группа учены из Королевского Мельбурнского технологического института была вдохновлена листьями папоротника при создании нового типа суперконденсаторов. Их разработка отвечает и требованиям большой ёмкости, и небольших габаритов. Дело в том, что электрод в таком конденсаторе по своему строению напоминает структуру листа американского папоротника, что дает гораздо большую удельную плотность энергии, чем у существующих аналогов.

Лист папоротника покрыт мелкой сеткой прожилок, благодаря чему он эффективно собирает влагу и отправляет её к стеблю растения. При этом растение обладает отличной терморегуляцией. Новый электрод в суперконденсаторе создан в виде структуры листа папоротника и имеет микроскопические размеры. Материал электрода – одноатомный графен, это вещество отличается структурами в несколько нанометров, поэтому плотность энергии, которую можно сохранить при помощи изобретения – аж в тридцать раз больше чем на обычных электродах. Структуры из графена также отличаются гибкостью, поэтому солнечная панель получается тонкой и гибкой.

Ученые создали гибрид солнечной батареи и нового суперконденсатора, чтобы не только вырабатывать, но и сразу хранить энергию. Такой продукт имеет большие перспективы на рынке, ведь очень важно не только выработать электричество, но и сохранить его до того момента, когда оно понадобится.

Сжатый теплый воздух как альтернативный источник энергии

Компания Sintef занимается разработкой технологии, которая позволит аккумулировать сжатый воздух в пещерах. Это поможет решить проблему использования заброшенных шахт, добыча полезных ископаемых в которых уже не ведется.

В процессе преобразования природной энергии в электричество накапливается избыточный воздух, который можно нагреть, сжать и закачать в резервуары. По мере необходимости этот воздух также будет использоваться для выработки энергии. Выпускать воздух из хранилища предполагается через газотурбинные установки, которые и произведут электричество. То есть – это своего рода аккумулятор, но хранящий не электроэнергию, а её первоисточник.

Газ в шахты можно направить при помощи излишков энергии, произведенной солнечными или ветровыми станциями во время их пиковой выработки (днем в солнечную погоду, при сильном ветре).

В настоящее время подобные установки в виде искусственно возведенных газовых хранилищ уже эксплуатируются в США и Германии. Мощность устройств составляет 290 и 226 МВт. Минусом этих станций является то, что при закачке воздуха в хранилище воздух сильно нагревается. Лишнее тепло отводится, хотя это и требует дополнительных затрат. Изобретатели же из Sintef предложили тепло собирать с помощью теплоаккумулятора. В момент, когда сжатый газ поступает на турбину из хранилища, его снова подогревают сбереженным теплом. Теплоаккумулятром выступает очень простая и дешевая технология – резервуар со щебнем, который обложен льдом. Также ученым Sintef представляется целесообразным использовать не специально построенные газовые хранилища, а заброшенные шахты, коих в старых угольнодобывающих районах сейчас в избытке.

КПД подобного изобретения может достигать 70-80%, тогда как действующие сейчас установки выдают лишь 50-60%. А себестоимость предлагаемой схемы гораздо ниже.

Топливные элементы из водорослей стали в 5 раз эффективнее

Эволюция превратила растения в идеальные объекты генерации: они превращают воду и солнечный свет в чистую энергия. Современные ученые давно интересуются этим процессом и пытаются выяснить, как направить это их свойство на пользу электроэнергетической области деятельности человечества.

Группа исследователей из Кембриджского университета создали фотосинтез в искусственных листьях, в которых роль топливного элемента сыграли электроны водорослей. В ходе фотосинтеза водоросли высвобождают электроны, некоторое количество которых покидает пределы клетки. Специальные устройства собирают эти электроны и накапливают. Такую схему называют биофотогальваническим элементом.

Большая часть топливных элементов, организованных с использованием водорослей работают лишь в одном направлении, а ученые из Кембриджа сумели разделить процесс накопления и переноса электричества. В результате исследований было изобретен девайс с двумя камерами. В одной камере происходит производство энергии наибольшего КПД, во второй же – накапливается запас энергии для последующего потребления.

Большего результата по сравнению с предыдущими опытами в этой области позволил добиться и тот факт, что ученые использовали генномодифицированные водоросли, новая разработка получила плотность 0,5 Вт/м2, что в пять раз выше более ранних показателей.

Конечно, водоросли обладают меньшим КПД по сравнению с другими фотогальваническими элементами, однако их эксплуатирование перспективно для производства чистой энергии при небольших затратах.