شارژ بي‌سيم، پلاستيک سخت بازيافتي، باتري که از گرماي هدر رفته استفاده مي‌کند.
پیش‌بینی این مسئله که در آینده چه اکتشافاتی منجر به تغییر دنیا خواهد شد امری غیر ممکن است. با این وجود هر سال تعدادی از این اکتشافات به قدری هیجان‌انگیز هستند که وادار هستیم در موردشان صحبت کنیم. مروری بر این اکتشافات تازه می‌تواند چشم‌اندازی از پیشرفت‌هایی که در آینده‌ی نزدیک شاهد آن خواهیم بود به ما بدهد.
شارژ وسایل الکترونیکی بدون نیاز به سیم و با استفاده از امواج صوتی
در سال ۲۰۱۱ Meredith Perry دانشجوی دانشگاه پنسیلوانیا به سمت شارژر لپ‌تاپ خود رفت و به این فکر افتاد که آیا روزی ممکن است این شارژرهای سیمی از رده خارج شوند؟ وی شروع به تحقیق در این زمینه کرد تا راهی برای عملی کردن این ایده بیابد. وی دریافت که فرستنده‌های برق بر پایه‌ی رزونانس مغناطیسی و القا وجود دارند اما دامنه‌ی آنها محدود است. مشکل موجود قانون معکوس مربع است. طبق این قانون شدت تابش الکترومغناطیسی با فاصله از منبع تابش رابطه‌ای عکس دارد.
با این حال ارتعاشات مکانیکی این مشکل را نخواهند داشت. بهره‌برداری از ارتعاشات موجود در هوا با استفاده از ترانسفورماتورهای پیزوالکتریک که انرژی مکانیکی را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند، راه بهتری به نظر می‌رسید. از آنجا که صوت چیزی جز ارتعاشات ذرات در هوا نیست، به صورت تئوری باید قادر به حمل انرژی باشد. فراصوت که بی‌صدا، ایمن و بسیار پرانرژی است گزینه‌ای بسیار عالی است.
هنگامی که Perry این ایده را با استادان دانشگاه خود در میان گذاشت، بسیاری از آنها عقیده داشتند که این کار نشدنی است و امکان ندارد بتوان میزان کافی برق برای شارژ کردن وسایل الکترونیکی از امواج فراصوت استخراج کرد. اما وی به محاسباتی که انجام داده بود ایمان داشت و هیچ کس شواهدی کافی برای اثبات غیر ممکن بودن این طرح به وی نشان نداد. درنتیجه او شرکتی به نام uBeam به منظور توسعه‌ی این تکنولوژی تأسیس کرد. دستگاه uBeam هم‌اکنون در مراحل اولیه‌ی تولید است. این دستگاه امواج فراصوت را متمرکز می‌کند تا یک کانون انرژی ایجاد کند. یک گیرنده‌ی متصل به دستگاه الکترونیکی این انرژی جمع شده را جذب و تبدیل به الکتریسیته می‌کند. هدف Perry این است که تا دو سال آینده اولین سری از محصولات خود را به بازار عرضه کند.
 |
طبق توضیحات Perry یک سیستم شارژ بی‌سیم جهانی باعث حذف شارژرها و سیم‌های فراوانی که در حال حاضر با خود حمل می‌کنیم می‌شود و دستگاه‌های قابل حمل بدون کم شدن شارژ باتری کارهای انرژی‌بر خود را انجام خواهند داد. حذف سیم‌ها همچنین می‌تواند سبب ایجاد طرح‌های جدید برای طراحی داخلی و کاهش وزن هواپیماها، اتومبیل‌ها، فضاپیماها و یا هر وسیله‌ی نقلیه‌ی دارای حجم زیادی سیم شود. استفاده از شارژرهای بی‌سیم سبب حذف نیاز ما به پریزهای برق نیز می‌شود.
پلاستیک‌های سخت قابل بازیافت: پلیمرهای سازگار با محیط زیست که قابل استفاده در قطعات اتومبیل‌ها و هواپیماها هستند.
زمانی که شیمیدان پژوهشگر Jeannette Garcia یک تکه ماده‌ی سفید رنگ در ابعاد یک آب‌نبات داخل بالنی که به تازگی از آن استفاده کرده بود پیدا کرد، نمی‌دانست که چه ماده‌ای را تولید کرده است. این ماده به دیواره‌ی ظرف چسبیده بود، درنتیجه وی با استفاده از یک چکش آن را از ظرف جدا کرد. اما زمانی که به خود ماده ضربات چکش را وارد کرد ماده هیچ گونه ترکی نخورد. وی می‌گوید: «زمانی که متوجه میزان سختی آن شدم، می‌دانستم که باید به طور دقیق ماهیت این ماده را بشناسم.»
پس از این اتفاق Garcia از تعدادی از همکاران خود برای کشف این معما کمک خواست. آنها متوجه شدند که او به طور اتفاقی به گروهی جدید از پلیمرهای ترموست (گرماسخت) و پلاستیک‌های بسیار سخت دست پیدا کرده است که در محصولاتی همچون گوشی‌های تلفن همراه و بال هواپیما استفاده می‌شوند. پلیمرهای ترموست حدود یک سوم پلیمرهای تولید شده در جهان را تشکیل می‌دهند اما بازیافت آنها بسیار دشوار است. ماده‌ی جدید Garcia با نام مستعار تیتان، اولین پلیمر ترموست کشف شده در گرید صنعتی با قابلیت بازیافت است.
 |
برخلاف پلیمرهای ترموست معمولی که قابلیت شکل‌پذیری مجدد را ندارند، این پلیمرهای جدید توانایی فرآیندپذیری مجدد را از طریق انجام یک واکنش شیمیایی دارند. Garcia و همکارانش کشف خود را در ماه مه سال گذشته در ژورنال Science منتشر کردند. تقاضای جهانی برای پلاستیک‌های قابل بازیافت و با عمر طولانی با گذشت زمان در حال افزایش است و طبق توضیحات Garcia ماده‌ای که وی کشف کرده برای این کاربرد بسیار مناسب است. به عقیده‌ی وی کاربرد این ماده بسیار زیاد است؛ کاربردهایی از جمله ضد خوردگی، ضد میکروبی، پوششی، دارو رسانی، چسب، چاپ سه‌بعدی، تصفیه‌ی آب و ...
کشف تیتان همراه با یک کشف دیگر نیز بود. Garcia و همکارانش یک شکل جدید از ماده –یک ماده‌ی ژل‌مانند به نام هیدرو- را کشف کردند که در دماهای پایین‌تر به وجود می‌آید. وی توضیح می‌دهد: «اگر این ماده را از وسط ببرید و مجدداً دو تکه‌ی بریده شده را در کنار هم قرار دهید، به سرعت پیوند بین دو تکه برقرار می‌شود.» از این ماده با این خاصیت می‌توان به عنوان چسب استفاده کرد.
باتری‌هایی که گرمای تلف شده را استفاده می‌کنند.
هر سال ده گیگاوات از برق بالقوه‌ی موجود در قالب گرما از فرآیندهای صنعتی تلف می‌شود که این میزان برای روشن کردن ده میلیون خانه کافی است. اثر حرارتی که در آن به دلیل تفاوت درجه حرارت بار تولید می‌شود، روشی برای تبدیل این گرما (البته نه همه‌ی آن) به الکتریسیته می‌باشد. طبق توضیحات Yuang Yang محقق دانشگاه M.I.T. چند دهه است که تفاوت درجه حرارت باید ۵۰۰ درجه‌ی سانتیگراد یا بیشتر باشد تا بتوان مقداری مفید از انرژی را دریافت کرد. این مسئله مایه‌ی تأسف است چرا که سازمان حفاظت محیط زیست تخمین می‌زند که هر سال یک سوم تمام انرژی‌های تلف شده در امریکا در دمایی کمتر از صد درجه سانتیگراد به هدر می‌رود.
Yang، استاد وی Gang Chen، و دانشجویان فوق دکتری Seok Woo Lee و Yi Cui از دانشگاه استنفورد روشی برای استفاده از انرژی در دماهایی ده مرتبه کمتر، یعنی در حدود ۵۰ درجه سانتیگراد توسعه داده‌اند. در این روش به جای اثر حرارتی از اثر ترموگالوانیک استفاده می‌شود که در آن دمای کل ماده به همراه ولتاژ تغییر می‌کند. این گروه باتری‌های شارژ نشده با الکترود پایه مس را در دمای بالا شارژ و سپس آنها را سرد می‌کردند. باتری‌ها ولتاژی بیش از مقداری که برای شارژ شدن‌شان مصرف شده بود در اختیار می‌گذاشتند. به بیان دیگر، انرژی استفاده شده برای گرم کردن باتری به شکل انرژی الکتریکی درمی‌آمد.
طبق توضیحات Yang تنها در دو سال گذشته الکترود باتری‌ها به قدری کارآمد شده‌اند که بتوان چنین اختلاف دماهای کمی را به الکتریسیته تبدیل نمود. پیشرفت‌های زیادی قبل از تجاری شدن این تکنولوژی باید صورت بگیرد.
تيم ديگري که در لينک آخر اين مطلب خبر کار آنها نيز گذاشته شده و روش مؤثري براي استفاده از گرماي تلف شده ابداع کردند.
Credit: Wulin Yang, Penn State
Fang Zhang, Evan Pugh
منبع:
New Class of Polymers Discovered By Accident
Wireless Gadget Recharging with Sound Waves
Batteries Could Capture Low-Grade Waste Heat
منابع مفيد:
برق بدون سيم
روتر
پليمر چيست؟
تاريخچه‌ي پليمرها
روشي جديد در کاهش گاز گلخانه‌اي
Low-grade waste heat regenerates ammonia battery