ההשפעה הסביבתית של סוללות אמנותיות

ניגודים מתקדמים בסוללות הם בכל מקום בהגדרות הנדסיות, המספקים מדידות קריטיות בקווי ייצור, לוגיסטיקה ותפעול שדה.עם זאת, ההסתמכות הנרחבת על סוללות ראשוניות (בלתי אפשריות) יצרה נטל סביבתי משמעותי בכל שנה, מיליארדי סוללות חד-שימוש יחיד מתבטלות, רבים המכילים מתכות כבדות כגון קדמיום, כספית, ועופרת.

ניתוח מחזור חיים של נוגד סוללות טיפוסית מראה כי ההשפעה הסביבתית הגדולה ביותר מתרחשת במהלך חומרי גלם חומרי החילוץ וסילוק של שלבים.אפילו תא אלקליין היעיל ביותר לצרוך בערך 50 פעמים משקלו שלו בדלקים מאובנים במהלך הייצור. על ידי שינוי מקורות אנרגיה מתחדשת או מחזוריים, מהנדסים יכולים להפחית באופן דרמטי את החיצוניות האלה.

דרישות מפתח ל- Eco-Friendly Power Solutions

כל מקור כוח חלופי לדלפקים המופעלים על סוללות חייב לעמוד במספר קריטריונים שאינם ניתנים להשגה: תפוקת מתח עקבית, צפיפות אנרגיה גבוהה, חיים תפעוליים ארוכים, ואת היכולת לתפקד בסביבות קשות (קיצוניות בזמן, רטט, לחות) בנוסף, הפתרון צריך למזער פסולת להקל על מחזור חיים מקצה-של החיים למטה, אנו בודקים את הטכנולוגיות הטובות ביותר אשר מאזן דרישות אלה עם אחריות אקולוגית.

סוללות סוללות

Lithium-Ion ו- Lithium Iron Phosphate

סוללות ליתיום (Li-ion) הפכו לסטנדרט עבור אלקטרוניקה ניידת והן מאומצות יותר ויותר בדלפק תעשייתי.תאים מודרניים לי-יון מציעים צפיפות אנרגיה גבוהה (250-300 Wh / kg) ויכולות לעמוד בפני מאות מחזורים בתשלום, צמצום מחזורי פסולת באופן דרסטי בהשוואה לתאי שימוש יחיד.FLT:0Lithium Iron Flow (L)Freacio, במיוחד, כלומר, 000, 000, 000) לא ניתן לגרסאות סביבתיות (Fbat) באופן קבוע, במיוחד, 000) ו-Fbat) לגרסאות מורכבות יותר, כלומר, 000, כולל של ניהוליות (R) LT2, 000) חסכוניות (R) חסכוניות (R) חסכוניות (R) חסכוניות (R) LT2, 000) LT2, 000) טקטיקות נגד תאים למניעת טיפוליות (R) חסכוניות (R) LT2, 000) חסכוניות (מתקני ניהולית) LT2, 000) LT2, 000) חסכוניות (מתקני ניהול אגרסיביות (מתקני ניהול אגרסיביות) LT2, 000) LT2, 000) LT2, 000) יותר ויותר, 000) טקטיקות

סולידריות המדינה Batteries

באופק סוללות מוצקות של מדינתיות, אשר מחליפות את אלקטרוליט הנוזלי עם מחרוזת קרמיקה או פולימרנית מוצקה.בטיחות זו אפילו יותר נחיתות אנרגיה (400+ Wh / kg), טעינה מהירה יותר ושיפור בטיחות - אף על פי שעדיין יקר עבור פריסה רחבה, מוצרים מסחריים מוקדמים מופיעים בחיישנים תעשייתיים נישה.

ניקל-מט Hydride (NiMH)

עבור יישומים שבהם רגישות עלות היא רבת ערך, הידרו-מטאל נשאר אפשרות לטעון מחדש קיימא. תאים NiMH זמינים נרחב, מכילים פחות חומר רעיל מאשר ניקל-קדיום (NiCd), ולספק חיים מחזוריים טובים (500-1,000 מחזורים) צפיפות האנרגיה שלהם (60-120 Wh / kg) הוא נמוך תאים המבוססים על ליתיום, אבל עבור דלפקים כוח נמוך בשימוש לסירוגין, הם יכולים להיות בחירה כלכלית ידידותית.

אנרגיה ללוחמה

אולי הגישה הטרנספורמציה ביותר היא לחסל סוללות לחלוטין על ידי נביחות אנרגיה.אנרגיה קצירת אנרגיה ללכוד כמויות קטנות של כוח מן הסביבה הסובבת כדי להפעיל ישירות מכשירים או להטעה על תא אחסון קטן.עבור ניגודים מופעלים סוללות, כמה שיטות מתאימים במיוחד:

צילום: Solar

תאים סולאריים פנימיים, כגון FLT:0 תאים סולאריים בעלי רגישות גבוהה (DSSC)BuildFLT:1 או לוחות סיליקון דק-סרט, יכולים להמיר אור מלאכותי לחשמל.אפילו ברמת חילוץ טיפוסית או מחסן (200-500 lux), פאנל קטן יכול לייצר עשרות מיקרו-וואט.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

הדלפקים המותקנים על מכונות רוטטות, חגורות שידור, או ליד מנועי רכב יכולים ליהנות מגנרטורים אדזואלקטריים.מכשירים אלה משתמשים קריסטלים או קרמיקה המייצרים מתח כאשר הם לחוצים מבחינה מכנית. קציר רטט אחד יכול לייצר 1-10 מ"ר של כוח - מספיק כדי להגדיל את הדלפק או להעביר אות אלחוטי.

המונחים:rmoelectric Harvesting

כאשר ⁇ טמפרטורה קיים (למשל, בין דיור מוטורי חם אוויר מתפתל), גנרטורים תרמואלקטריים (TEGs) לנצל את אפקט Seebeck לייצר חשמל.מודולים מודרניים TEG הם קומפקטיים ויכולים לספק עד כמה מיליוואט מההבדל 10 עד 10-20 מעלות צלזיוס.זה הופך אותם אידיאליים עבור ניגודים במערכות HVAC, מנועים, או מתקנים סולאריים.

Kinetic ו-RFC Harvesting

עבור דלפקים ניידים או ידניים, קצירי קיננטיים המראים תנועה (הליכה, טיפול בכלי) לחשמל מפותחים.רדיו- ⁇ (RF) אנרגיה קצירת Wi-Fi או אותות סלולריים גם מתפתח, אם כי מוגבל לעוצמה נמוכה מאוד (טווח מיקרווואט). טכנולוגיות אלה יכולות להשלים סוללות חדות, הרחבת המרווחים בין מחזורי טעינה.

מערכות היברידיות וניהול חשמל חכם

אף מקור חשמל ידידותי לסביבה אינו מושלם עבור כל מצב הפעלה.העיצובים החזקים ביותר משתמשים בגישה היברידית: מסיק אנרגיה עיקרי (למשל, פאנל סולארי) יחד עם יחידת אחסון קטנה של חיץ (מתגים על-ידי או תא ליתיום) AFLT:0 חכם ניהול כוח משולב מעגל (PMIC) 1LT 1 עוקב באופן קבוע זמין אנרגיה גמישה, בין רכיבי אחסון קצרים וסוללה, כגון, יכול להשיג באופן דרסטי כוח אחסון.

Supercapacitors מגיע אזכור מיוחד.הם מציעים חיי מחזור גבוהים מאוד (500,000 + מחזור), מטען מהיר / טעינה, ופועלים על טווח טמפרטורה רחב (- 40 ° C עד 85 מעלות צלזיוס) כאשר בשילוב עם סוללה קטנה או תא דלק, supercapacitors להתמודד עם דרישות קבועות טווח (למשל, ניגודים ממונעים או שידורים אלחוטיים) בעוד סוללות קבוע עומס יתר על ידי מערכת זו משפרת וגמישות באופן כללי.

עיצוב לקיימות: חומרים וסוף החיים

מעבר למקור הכוח עצמו, העיצוב של הדלפק חייב לקדם מחזור ולהפחית אנרגיה מוטבעת.מהנדסים צריכים לאשר מראש את FLT:0low-power אלקטרוניקהFLT:1 - כגון ARM Cortex-M0+ microcontrollers עם מצבי שינה עמוקים, תצוגות אלקטרוניות אשר שומרות תמונות ללא חשמל, ופרוטוקולים אלחוטיים כמו אנרגיית Bluetooth נמוכה או ל-RaWAN אשר צורכים אנרגיה מינימלית:

באמצעות חומרים הניתנים למחזור או ביו-דידה לדיורים וללוחי מעגלים עוד יותר מקטין את ההשפעה הסביבתית.FLT:0Bio מבוסס פלסטיקsFLT:1 (PLA, PHA) ואלומיניום ממוחזר הם צוברים מתחמי התקנים תעשייתיים. התווית וסימון צריך להצביע על הרכב החומרי להקל על סיום החיים.

מחקרים: נגדי-הידידיים של אקו-ידיים בפרקטיקה

כמה מגזרים הנדסיים כבר אימצו פתרונות חשמל בר קיימא.בלוגיה, ⁇ 0 (FLT:0) מחסנים מופעלים על ידי מחסנים 1 (FLT) משתמשים באור מסובך וסופר-capacitor קטן כדי לעקוב אחר מלאי עם אפס פסולת סוללה.בקווי הרכב, FLT:2piezoelectric torques FLT 3 Harvest אנרגיה מטט של כלי טעינה pnematic, כדי להחליף סוללת AFP לאחרונה על ידי התקנים למניעת שינוי סוללה על ידי יצרנית סוללות.

רשתות ניטור סביבתיות מקיימות אלפי חסמים המופעלים על ידי סוללות כדי למדוד את איכות האוויר או זרימת המים.על ידי שילוב של יבולים חשמליים:0.commoelectric HarvestersuaFLT:1 המופעל על ידי הבדל הטמפרטורה בין האלקטרוניקה למכשיר לבין האוויר המבולגן, כמה תחנות פעלו ברציפות במשך יותר מ -5 שנים ללא תחליף סוללה.דוגמאות אלה מוכיחות כי כוח ידידותי לסביבה אינו מושג עתידי אלא אופציה מעשית.

קווי עתיד וגבולות מחקר

בעשור הבא יביאו חידושים נוספים.FLT:0.Flexible and Print סוללות:FLT:1 יכול להיות מוטבע ישירות לתוך מחסנים מנוגדים, בהתאם לצורות מורכבות ולספק כוח עם משקל מוסף מינימלי.FLT:2Biorolrated תאים פליטת דלק 3 אשר מייצרים חשמל מתרכובות אורגניות (למשל, גלוקוז או פסולת) נחקרים עבור נישה היכן שמנוגדים לתחנות דלק ביולוגיות, בנוסף לצריכת חשמל ללא חשמל מאנרגיה חשמלית (RVal) או חשמל מבסיסית (או מבסיסית, כולל חשמל מ-DValless) או פסולת.

(בסקירה טכנית עמוקה יותר של איסוף אנרגיה עבור חיישנים תעשייתיים, נייר FLT:0) IEEE על "ציר אנרגיה אלחוטי רשתות חיישן אלחוטי"FLT:1 מספק סקירה סמכותית.ה-FLT:2U.S. המחלקה לאנרגיה של משאבי אנרגיה על ייצור סוללות בר קיימא FLT 3: מציע הדרכה על חומרים ושיקום שיטות מיטביות של מהנדסים המעוניינים ביישום מעשי עשוי להתייעץ עם נייר סוללות לאומי של 4Fope: 5 Powerrated ניהול סוללות לבנות על ייצור סוללות LED5 Power for Sustainable Management 3.

מסקנה

פיתוח פתרונות כוח ידידותיים לסביבה עבור ניגודים מתוכמים סוללות הוא גם צורך סביבתי יתרון תחרותי. על ידי אימוץ כימאים לטעון, טכנולוגיות קציר אנרגיה, ניהול כוח אינטליגנטי, עקרונות עיצוב בר קיימא, צוותי הנדסה יכולים להפחית באופן משמעותי את הפסולת, עלויות התפעול נמוכות יותר, ויישר עם מטרות גלובליות של פחמן מתקדמים, היתרונות ברורים, והמעבר כבר הוא אתגר שנותר הוא דרך אחת של שילוב רחב יותר.