將大型電池的電化學(xué)性能轉(zhuǎn)化為微型電源一直是一項(xiàng)長(zhǎng)期存在的技術(shù)挑戰(zhàn)，限制了電池為微型設(shè)備、微型機(jī)器人和植入式醫(yī)療設(shè)備供電的能力。伊利諾伊大學(xué)香檳分校的研究人員創(chuàng)造了一種高壓微型電池 (> 9 V)，具有高能量和高功率密度，是任何現(xiàn)有電池設(shè)計(jì)都無(wú)法比擬的。
鋰離子電池改變了日常生活——幾乎每個(gè)人都擁有智能手機(jī)，路上可以看到更多的電動(dòng)汽車(chē)，它們還能在緊急情況下保持發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著越來(lái)越多的便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)和大規(guī)模電網(wǎng)實(shí)施上線，對(duì)安全且價(jià)格合理的高能量密度電池的需求持續(xù)增長(zhǎng)。
UCL 和伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的研究人員發(fā)現(xiàn)，微小、無(wú)序的氧化鎂鉻顆?？赡苁切滦玩V電池儲(chǔ)能技術(shù)的關(guān)鍵，與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，這種技術(shù)可能具有更高的容量。 報(bào)告了一種新的、可擴(kuò)展的方法來(lái)制造一種材料，這種材料可以在高壓下可逆地儲(chǔ)存鎂離子，這是陰極的決定性特征。
現(xiàn)代物理學(xué)中一些最激動(dòng)人心的話題，例如高溫超導(dǎo)體和量子計(jì)算機(jī)的一些提議，歸結(jié)為當(dāng)這些系統(tǒng)在兩個(gè)量子態(tài)之間徘徊時(shí)發(fā)生的奇異事物。 不幸的是，事實(shí)證明，了解在這些點(diǎn)(稱(chēng)為量子臨界點(diǎn))發(fā)生的事情具有挑戰(zhàn)性。數(shù)學(xué)往往太難解決，今天的計(jì)算機(jī)并不總是能夠模擬發(fā)生的事情，特別是在涉及任何可觀數(shù)量原子的系統(tǒng)中。
可攝入傳感器的未來(lái)可能是硅基電路和可生物降解材料的混合體，電池由營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)制成并依靠胃液運(yùn)行。 至少，這是卡內(nèi)基梅隆大學(xué)材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程助理教授克里斯托弗貝廷格的愿景。他的團(tuán)隊(duì)正在研究可食用電子產(chǎn)品以及為它們供電的方法。可攝入傳感器可以提供細(xì)菌感染早期跡象的腸道檢查，尋找克羅恩病等胃腸道疾病的癥狀，監(jiān)測(cè)藥物的攝入，甚至研究人體內(nèi)的微生物組。
任何愛(ài)好者都可以快速為電池充電，但您能否在不發(fā)生爆炸、過(guò)熱或電池循環(huán)壽命大幅下降的情況下充電? 許多公司已經(jīng)管理通常使用專(zhuān)門(mén)算法的快速充電技術(shù)。這些算法考慮了電池的化學(xué)性質(zhì)和某種非標(biāo)準(zhǔn)充電率曲線。許多設(shè)備制造商和無(wú)線運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)在為智能手機(jī)設(shè)備提供至少兩年的保修，將 800 次循環(huán)設(shè)置為電池的電池循環(huán)壽命。
作為下一代電池的能量載體，鎂是很有前途的候選者。然而，鎂電池若要替代鋰離子電池，還需提高循環(huán)性能和容量。為此，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注于一種具有尖晶石結(jié)構(gòu)的新型正極材料。經(jīng)過(guò)廣泛的表征和電化學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)了一種特殊的成分，可以為高性能鎂充電電池打開(kāi)大門(mén)。
當(dāng)前很多媒體關(guān)注電池，以及重要的研發(fā)工作和商業(yè)投資，專(zhuān)注于高容量、功率密集的可充電(二次)電池。當(dāng)然，這種觀點(diǎn)很有意義，因?yàn)樗鼈冇糜陔妱?dòng)汽車(chē) (EV) 和其他更高功率的、通常是移動(dòng)的情況。
我們經(jīng)常談?wù)摵蛽?dān)心電池：它們的壽命、安全問(wèn)題、充電/放電、溫度影響和許多其他問(wèn)題，以至于很容易忘記電池供應(yīng)鏈中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)：連接器。過(guò)去一周發(fā)生的兩件事，一個(gè)在當(dāng)前范圍的極低端，另一個(gè)在更高的范圍，提醒我，如果沒(méi)有牢固的連接，最好的電池也是無(wú)用的。
在夏威夷海岸，我們的系統(tǒng)顯然包含 Vicor 組件。我們將在海底運(yùn)行水下自動(dòng)駕駛汽車(chē)和多個(gè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。海上的可再生能源設(shè)備和波浪能設(shè)備從未做到這一點(diǎn)。所以這是開(kāi)創(chuàng)性的東西。這是其中令人興奮的部分。我的意思是，能夠?qū)⑿碌目稍偕Y源真正帶入主流商業(yè)市場(chǎng)、研究市場(chǎng)、國(guó)防和安全市場(chǎng)，對(duì)我們所有人來(lái)說(shuō)都是令人興奮的。所以這很令人興奮，但它是新的。我們正在這里開(kāi)辟新天地。
我們提到了 Project Natick。微軟建造了一個(gè) 40 英尺長(zhǎng)的管子，并用 12 個(gè)機(jī)架裝載了總共 864 臺(tái)服務(wù)器，然后沉入了蘇格蘭附近的北海。電力來(lái)自附近的陸上風(fēng)電場(chǎng)。微軟報(bào)告稱(chēng)，水下數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器的故障率是其陸上對(duì)照組的 1/8。該公司正在繼續(xù)開(kāi)展 Project Natick。
在可再生能源系統(tǒng)方面，公司最近試圖利用三種主要能源：太陽(yáng)、風(fēng)和海浪。太陽(yáng)能電池板現(xiàn)在幾乎無(wú)處不在。風(fēng)力渦輪機(jī)裝置在陸地和海上變得越來(lái)越普遍。然而，我們還沒(méi)有看到太多的是波浪能。不過(guò)，新的能量浪潮可能是波浪能。 世界正在轉(zhuǎn)向可再生能源。不夠快——還沒(méi)有——但它正在發(fā)生。經(jīng)典的可再生能源是水電。如果到處建造巨大的水壩很容易逃脫，我們?cè)缇妥龅搅恕?/p>
這就是嘗試所有這些不同事物的令人興奮的地方。因?yàn)槿绻渲幸恍┯行?，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這可能是一條更好的聚變能途徑。我們需要學(xué)習(xí)什么?每個(gè)人都面臨著一系列共同的挑戰(zhàn)，并試圖弄清楚如何克服?我的意思是，你說(shuō)的是最重要的三個(gè)因素，但是要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的聚變反應(yīng)或維持聚變反應(yīng)，喂養(yǎng)它，是否有具體的挑戰(zhàn)?在這一點(diǎn)上，該行業(yè)仍需要克服哪些挑戰(zhàn)?
最近我們看到了變化，特別是最近在英國(guó)，政府現(xiàn)在發(fā)布了一項(xiàng)聚變戰(zhàn)略，表示他們希望將聚變能源商業(yè)化。他們還在制定監(jiān)管框架，這將為行業(yè)中的公司提供確定性。美國(guó)也有活動(dòng)，他們正在推動(dòng)公私合作。所以世界各地發(fā)生了各種各樣的事情。實(shí)際上，中國(guó)也對(duì)聚變很感興趣，日本也一樣。因此，在能源和氣候背景下，圍繞核聚變發(fā)生了很多事情。
今天我們將討論核聚變作為能源的前景。如果科學(xué)能夠弄清楚如何制造聚變發(fā)電機(jī)，那么聚變能源將成為世界所希望的一種強(qiáng)大而清潔的能源。但是經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)和數(shù)不清的數(shù)十億美元的研究之后，沒(méi)有人可以控制這個(gè)過(guò)程。包括不少核工程師在內(nèi)的一些人得出結(jié)論，商業(yè)聚變是白日夢(mèng)。然而，今年突然之間，這個(gè)話題又開(kāi)始引起了很多關(guān)注。
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王洪陽(yáng)
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