Top.Mail.Ru
? ?
kouzdra [entries|archive|friends|userinfo]
kouzdra

[ website | www.kouzdra.org ]
[ userinfo | livejournal userinfo ]
[ archive | journal archive ]

Плотность энергии [Jan. 16th, 2019|10:04 am]
kouzdra
Один из принципальных ограничителей возможностей автономной техники - плотность энергии в энергоносителях. Сейчас жесткая граница - емкость углеводородных энергоносителей, (в крайнем случае - водородна, но с ним слишком много проблем). Это (если не прибегать к атомным источникам) видимо физический предел - аккумуляторы его по понятным причинам превысить не могут (даже приблизиться не могут).

Интересно - есть какие-то более емкие варианты (теоретически могут йонисторы или еще какие конденсаторы, но как на сам деле - не знаю)
LinkReply

Comments:
[User Picture]From: vitus_wagner
2019-01-16 07:24 am (UTC)
1. Надо считать плотность энергии на всю установку. И сразу водород начинает проигрывать. Углеводороды (от пентана и выше) они жидкие и компактные в нормальных для человека условиях. И канистра на 20 литров бензина пустая весит килограмм. А у водорода система хранерия будет весить больше самого водорода.

2. Аккумуляторы могут приблизиться к пределу для углеводородов. Хитрость топлив как энергоносителей в том, что они не содержат в себе окислитель. То есть вообще-то канистра бензина это меньше половина массы энергоносителя. Вторая половина бесплатно летает в атмосфере. Но аккумуляторы с воздушным окислителем в принципе возможны. Например литий-воздушные.

3. В принципе, рассматривалось много разных физических принципов хранения энергии, отличных от энергии химических связей (на которой работают топливо и аккумуляторы)Ж
- супермаховики (механическая энергия)
- сверхпроводящие накопители в которых ток бегает по кольцу из сверхпроводника
- те или иные накопители электричесокого заряда (ионисторы - частный случай)
- накопители на фазовых преобразованиях в твердом веществе
- механическая энергия сжатого газа. Пневматические двигатели, кстати, довольно широко применяются, например при необходимости работы во взрывоопасной среде где ни ДВС, ни искрящий электромотор недопоустимы.

Проблема любого мощного и компактного источника энергии в том, что он по определению является бомбой. Если его можно заставить отдавать энергию достаточно быстро, чтобы она не успевала рассеяться в окружающей среде, значит его можно заставить взорваться.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: shamaner
2019-01-16 07:27 am (UTC)
апередили!
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: shamaner
2019-01-16 07:26 am (UTC)
у литий-воздушного аккумулятора плотность энергии теоретически больше бенза.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: theriodont
2019-01-16 08:19 am (UTC)
Ионисторы у прохорова не взлетели.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: prostak_1982
2019-01-16 08:35 am (UTC)
Интересно, а как дела у углеводородных топливных элементов?
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: vitus_wagner
2019-01-16 08:54 am (UTC)
Если бы они у них были хорошо, вы б не спрашивали, потому что у вас бы в ноутбуке такой стоял.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: moonwalker72
2019-01-16 09:16 am (UTC)
Отсюда вывод: лучше компактного реактора на расплаве солей тория ничего нет.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: vitus_wagner
2019-01-16 09:44 am (UTC)
Есть один очень некомпактный термоядерный реактор с гравитационным удержанием плазмы, расположенный в 150 млн км от Земли.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: muh2
2019-01-16 10:00 am (UTC)
Сомеваюсь, что могут. Это нужно по паре вольт на 3 анстрема изоляции, чтобы выйти на те же пару электронвольт химической реакции. Во первых это очень далеко от достигнутого, во вторых если в изолятор сувать электрон с такой силой, так он его возьмет, чего ж не взять за такие деньги.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: dysto
2019-01-16 12:28 pm (UTC)
за цифры не поручусь, но в биологии, в клеточных мембранах, бывают Очень Большие показатели вольт на ангстрем
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: theriodont
2019-01-16 11:22 am (UTC)
Кстати
https://m.habr.com/ru/post/204800/
В свете санкций против дерипаски можно было бы тему поэксплуатировать.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: pogorily
2019-01-16 11:41 am (UTC)
Ионистор - тот же аккумулятор. Концентрационный гальванический элемент, в котором концентрация активного вещества и, следовательно, напряжение, пропорциональны заряду.
Плотность энергии в принципе не может превышать плотность энергии в химическом элементе или аккумуляторе, поскольку принцип тот же - энергия химических связей.

Ионисторы применяются вместо конденсаторов очень большой емкости (поскольку они их имитируют), например, для большой задержки времени.
А в энергетических целях - только там, где нужна отдача большой мощности короткое время (стартерный режим). Они допускают гораздо более быстрый разряд, чем аккумуляторы, что позволяет получать мощность больше, чем от аккумуляторов, при меньшей плотности энергии.
Например, в тепловозах, где стартер требуется весьма мощный.
В автомобиле ионистор позволяет в несколько раз уменьшить емкость аккумулятора, так как в стартерном режиме работает ионистор, а от аккумулятора он постепенно заряжается.
В сотовом телефоне ионистор позволяет усреднить потребление энергии от аккумулятора, т.к. там передатчик работает относительно короткими импульсами и потребление в сотовом телефоне (если это не смартфон) во время работы передатчика возрастает в несколько раз. При наличии ионистора получается более благоприятный режим работы аккумулятора.

Резюме - ионистор позволяет медленно накопить и быстро отдать энергию. Но энергии в нем меньше, чем в аккумуляторе.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: dysto
2019-01-16 12:41 pm (UTC)
Ограничения в значительной мере вылезают "с обратной стороны". Можно соорудить компактный источник энергии, но он по своей природе будет представлять опасность для окружающего пространства. Например не вижу принципиальных проблем установить ядерный движок на самолет, но "кто ж ему даст" - даже обычный самолет представляет собой опасную керосиновую бомбу (см. 9/11), а тут и подумать страшно.
Ну или старая идея гиромобиля - можно, не сомневаюсь, довести до ума, но что будет при разрушении большого супермаховика на оживленном перекрестке?
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: trilirium
2019-01-16 01:02 pm (UTC)
В свое время, мне попадалась популярная книжка 1960-х, где имелись и чертежи атомолетов. ))
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
(no subject) - (Anonymous) Expand
(no subject) - (Anonymous) Expand
From: (Anonymous)
2019-01-16 03:06 pm (UTC)
Если это про реактивные двигатели, то теоретически металлический водород, только непонятно, как его хранить.
Если нет - то пусть не ебут мозг и сделают йадерную батарейку. Чо, жаба давит?
Вообще, давно пора делать йадерные рудовозы итд, но буржуи тормозят прогресс из страха, что их этим и взорвут. Суки.
(Reply) (Thread)
[User Picture]From: tzirechnoy
2019-01-16 03:51 pm (UTC)
>физический предел - аккумуляторы его по понятным причинам превысить не могут

А по каким?
(Reply) (Thread)
From: siberian_chem
2019-01-17 03:05 am (UTC)
Ионисторы и сейчас и, насколько я помню, в теории имеют плотность энергии меньше чем лучшие акумуляторы.

Они для будущей техники ценны не запасением энергии как таковой а как буфер между ДВС и мотором, благодаря очень высоким токам разряда и отсутствию деградации на цикле заряд-разряд.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: nestoklon
2019-01-18 09:22 pm (UTC)
Беда в том, что атомы в веществе держатся химией. И если мы имеем больше чем характерная энергия связи на атом (т.е. несколько эВ), то при высвобождении этой энергии химические связи ДОЛЖНЫ рваться. Энергетика литий-ионных аккумуляторов (что-то порядка 2эВ на три атома) близка к тому, что должно убивать более-менее любое твёрдое тело, так что больше чем порядок наиграть вряд ли реально. Как правильно замечают в комментариях, даже если запасать энергию "не совсем в химии", есть требование структурной стабильности девайса в котором энергия запасается. А это величины того же порядка что теоретический предел реальных аккумуляторов и/или химического топлива на основе лёгких атомов.

С атомной энергией как раз из-за этого проблемы: у нас есть энерговыделение которое намного превосходит то, что окружающее вещество может "переварить". По сложности намного труднее чем выплавлять сталь в печи из сухого льда.

В принципе, промежуточный вариант по энергетике между химией и ядерными превращениями науке известен. Это изомеры: долгоживущие возбуждённые состояния ядер (https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_isomer). Время жизни особо выдающихся многократно превышает время жизни вселенной, а по энергии они на много порядков больше любой химии. Вот только даже если научиться каким-то магическим образом этим временем жизни управлять, мы только вернёмся всё к той же проблеме: как эту энергию "переварить" нашим обычным веществом, атомы которого держатся между собой на непрочной химии. Хотя для оружия очень неплохо "выстрелило" бы.
(Reply) (Thread)