ساخت باتری های با سرعت شارژ و دشارژ بالا

به طور طبیعی وقتی مواد در مقیاس نانو در مورد استفاده قرار می‌گیرند سرعت شارژ و دشارژ باتری چندین برابر افزایش می‌یابد.

تأثیر کوتاه مدت نانوفناوری بر فناوری باتری‌سازی، از به کارگیری نانو ذرات حاصل خواهد شد. آنها بدون تأثیرگذاری زیاد بر ظرفیت کل، سرعت شارژ و تخلیه را بهبود می‌بخشند. با استفاده از نانومواد باتری‌هایی نیمه‌‌صنعتی در گروه انرژی دانشگاه آمریکایی Rutgers ساخته شده است.

6 دقیقه زمان برای شارژ کامل در مقایسه با یک یا دو ساعت برای باتری‌های متداول، بسیار قابل توجه است. اگر از این باتری‌ها در خودروهای الکتریکی استفاده شود این زمان معادل زمان لازم برای پر کردن باک خودروهای بنزینی است. این باتری‌ها پتانسیل تخلیه سریع دارند. از این ویژگی می‌توان در کاربرد نیرو و خودروهای هیبریدی استفاده کرد.

طول عمر این بارتی‌ها زیادتر شده است، 9 هزار سیکل عمر آن توسط Rutgers تست شده است و پیش‌بینی می‌شود این باتری‌ها 20 هزار سیکل طول عمر داشته باشند. (در مقایسه با 10 هزار سیکل باتری‌های متداول) در خودروهای الکتریکی این ویژگی باعث کاهش هزینه می‌شود.

این باتری‌ها در دمای پایین کار می‌کنند لذا خطر انفجار کاهش می‌یابد. کمپانی Toshiba نسل جدیدی از باتری‌های یون- لیتیم را به بازار معرفی کرده است که 60 بار سریع‌تر از باتری‌های متداول یون لیتیم تا 80 درصد ظرفیت انرژی خود شارژ می‌شود در این باتری‌ها از نانو مواد استفاده شده است.

بهبود پوشش و آلیاژ یاتاقان‌های حساس
وظیفه یاتاقان‌ کاهش اصطکاک و قراردادن دستگاه‌های در حال دوران در موقعیت آنها است. مثلا هدف یک یاتاقان توربین، حفظ سیستم روتور در موقعیت محوری صیحیح خود و ایجاد اصطکاک پایین برای تحمل نیروی دینامیکی و استاتیکی محور است.

سیالاتی که با فلزات سرو کار دارند به علاوه روانسازها، برای روانسازی یا خارج کردن حرارت در بسیاری از فرایندهای صنعتی کاربرد گسترده‌ای یافته‌اند. اما به دلیل مسائل زیست‌محیطی استفاده از برخی از این روانسازها همراه با مشکلاتی برای محیطی که در آن زندگی می‌کنیم بوده‌اند.

راه حل بهتر در این زمینه استفاده از پوشش‌های خودروانساز هستند. این پوشش‌ها در بلبرینگ‌ها و سطوحی که در معرض اصطکاک ناخواسته هستند کاربرد دارند. نانوفناوری با ارائه پوشش‌های جدید سخت، چقرمه و خودروانساز می‌تواند ضمن کاهش اصطکاک و عمر طولانی یاتاقان‌ها، نیروی تلف شده در آنها را کاهش داده و از این رو باعث کاهش هزینه تولید برق در نیروگاه شود.

شرکت آمریکایی Dimension Bond در لیست محصولات تجاری خود در زمینه مواد بلبرینگ، محصول نانوکامپوزیتی تقویت شده دارد که نسبت به دیگر محصولات این شرکت دارای مقاومت به سایش بالاتری است. این شرکت موارد استفاده این بلبرینگ را در کاربردهایی با بالاترین استحکام و بالاترین مقاومت به سایش ذکر کرده است.

سیال انتقال حرارت با عملکرد بالا
اینکه افزوده شدن ذرات جامد به مایعات، انتقال حرارت آنها را افزایش می‌دهد امری کاملا شناخته شده است و مطالعات نظری آن به دهه اول 1800 و ماکسول مربوط می‌شود اما تحقق عملی آن به دلیل در دسترس نبودن ذرات کوچک مناسب عملا تا به امروز امکان‌پذیر نبوده است. استفاده از ذرات بزرگتر هم معمولا مشکلاتی مانند رسوب ذرات در مایع، لخته (کلوخه) شدن شیارهای سیال و سایش قطعات پمپ‌کننده مایع را به همراه داشته است.

بنابراین بسیاری از صنایع از تولید انرژی گرفته تا میکروالکترونیک، به سیالات جدید و کارآمدی برای انتقال حرارت نیاز دارند. چنین سیالاتی مزایای قابل توجهی را برای فناوری کنونی روان سازها و خنک‌کننده‌ها به همراه خواهند داشت.

یکی از گزینه‌های مناسب برای افزایش بازدهی انتقال حرارت خنک‌کننده‌ها یا هر سیال دیگری استفاده از نانوسیال‌ها است. حسن این نانوذرات آن است که مشکل ذرات بزرگتر را نداشته و یا آن را تاحد قابل توجهی کاهش می‌دهند. اندازه فوق‌العاده کوچک این ذرات موجب می‌شود تا به راحتی و بدون لخته شدن و یا ساییدن پمپ، جریان پیدا کنند. به علاوه احتمال رسوب آنها نیز کمتر است و به راحتی و با روش‌های مناسب می‌توان مقدار آنها را کاهش داد یا از مایع خارج کرد.

از طرفی با استفاده از نانوسیالات حاوی نانوذرات رسانا، امکان سوخت موتورها، پمپ‌ها و رادیوتورهای سبک‌تر و کوچک‌تر و دیگر قطعات کوچک و بزرگ مورد نیاز خودرو فراهم می‌شود. به این ترتیب موتور خودروها و هواپیماها سبک‌تر شده و مسافت بیشتری را با همان مقدار سوخت موتورهای معمولی می‌پیمایند. این دستاورد تاثیر قابل توجهی در کاهش انتشار آلاینده‌ها داشته و در نهایت به سلامت بیشتر محیط زیست کمک خواهد کرد.

شرکت آمریکایی NanoDynamics هم اکنون نانو موادی مانند نانو ذرات مس (200 نانومتر، صدهزار کیلوگرم در سال) نقره (10 نانومتر) و فلزات دیگر،‌اکسیدها، سرامیک‌ها و نانولوله‌های کربنی را تولید می‌کند و روش‌های منحصر به فردی در شکل‌دهی نانوسیالات مسی در سیستم‌های شیمیایی و بسیار شبیه به آنچه در خنک‌کننده‌های اتومبیل به کار می‌رود، ابداع نموده ودر اختیار دارد.

پیل‌های سوختی بهبود یافته
استفاده ازنانوفناوری درساخت، پوشش‌دهی و بهبود کاتالیست‌های مورد استفاده در پیل سوختی از کاربردهای عملی این فناوری در زمینه تامین انرژی است.

با استفاده از این مواد می‌توان میزان مصرف مواد گرانقیمت در ساخت کاتالیست‌ها را کاهش داد، بازدهی پیل را افزایش داد و موانع عملیاتی برای تجاری شدن پیل‌های سوختی را از بین برد. خودروهای سبک بیشترین بازار را برای استفاده از پیل‌های سوختی دارند.

شرکت FUCHSIA سیستم ذخیره‌سازی سبک برای خودروها توسعه داده است که در دمای مناسب و فشار کم کار می‌کند. شرکت تایوانی Asia Pacific Fuel cell Technoloies Ltd الکترودهای غشایی نانو لوله‌های کربنی جدید برای پیل‌های سوختی هیدروژنی و متانولی اختراع کرده است که 75 درصد پلاتین کمتری مصرف می‌کند و این موجب افزایش قدرت رقابت‌ آنها می‌شود.

طول عمر این بارتی‌ها زیادتر شده است، 9 هزار سیکل عمر آن توسط Rutgers تست شده است و پیش‌بینی می‌شود این باتری‌ها 20 هزار سیکل طول عمر داشته باشند. (در مقایسه با 10 هزار سیکل باتری‌های متداول) در خودروهای الکتریکی این ویژگی باعث کاهش هزینه می‌شود.

این باتری‌ها در دمای پایین کار می‌کنند لذا خطر انفجار کاهش می‌یابد. کمپانی Toshiba نسل جدیدی از باتری‌های یون- لیتیم را به بازار معرفی کرده است که 60 بار سریع‌تر از باتری‌های متداول یون لیتیم تا 80 درصد ظرفیت انرژی خود شارژ می‌شود در این باتری‌ها از نانو مواد استفاده شده است.

بهبود پوشش و آلیاژ یاتاقان‌های حساس
وظیفه یاتاقان‌ کاهش اصطکاک و قراردادن دستگاه‌های در حال دوران در موقعیت آنها است. مثلا هدف یک یاتاقان توربین، حفظ سیستم روتور در موقعیت محوری صیحیح خود و ایجاد اصطکاک پایین برای تحمل نیروی دینامیکی و استاتیکی محور است.

سیالاتی که با فلزات سرو کار دارند به علاوه روانسازها، برای روانسازی یا خارج کردن حرارت در بسیاری از فرایندهای صنعتی کاربرد گسترده‌ای یافته‌اند. اما به دلیل مسائل زیست‌محیطی استفاده از برخی از این روانسازها همراه با مشکلاتی برای محیطی که در آن زندگی می‌کنیم بوده‌اند.

راه حل بهتر در این زمینه استفاده از پوشش‌های خودروانساز هستند. این پوشش‌ها در بلبرینگ‌ها و سطوحی که در معرض اصطکاک ناخواسته هستند کاربرد دارند. نانوفناوری با ارائه پوشش‌های جدید سخت، چقرمه و خودروانساز می‌تواند ضمن کاهش اصطکاک و عمر طولانی یاتاقان‌ها، نیروی تلف شده در آنها را کاهش داده و از این رو باعث کاهش هزینه تولید برق در نیروگاه شود.

شرکت آمریکایی Dimension Bond در لیست محصولات تجاری خود در زمینه مواد بلبرینگ، محصول نانوکامپوزیتی تقویت شده دارد که نسبت به دیگر محصولات این شرکت دارای مقاومت به سایش بالاتری است. این شرکت موارد استفاده این بلبرینگ را در کاربردهایی با بالاترین استحکام و بالاترین مقاومت به سایش ذکر کرده است.

سیال انتقال حرارت با عملکرد بالا
اینکه افزوده شدن ذرات جامد به مایعات، انتقال حرارت آنها را افزایش می‌دهد امری کاملا شناخته شده است و مطالعات نظری آن به دهه اول 1800 و ماکسول مربوط می‌شود اما تحقق عملی آن به دلیل در دسترس نبودن ذرات کوچک مناسب عملا تا به امروز امکان‌پذیر نبوده است. استفاده از ذرات بزرگتر هم معمولا مشکلاتی مانند رسوب ذرات در مایع، لخته (کلوخه) شدن شیارهای سیال و سایش قطعات پمپ‌کننده مایع را به همراه داشته است.

بنابراین بسیاری از صنایع از تولید انرژی گرفته تا میکروالکترونیک، به سیالات جدید و کارآمدی برای انتقال حرارت نیاز دارند. چنین سیالاتی مزایای قابل توجهی را برای فناوری کنونی روان سازها و خنک‌کننده‌ها به همراه خواهند داشت.

یکی از گزینه‌های مناسب برای افزایش بازدهی انتقال حرارت خنک‌کننده‌ها یا هر سیال دیگری استفاده از نانوسیال‌ها است. حسن این نانوذرات آن است که مشکل ذرات بزرگتر را نداشته و یا آن را تاحد قابل توجهی کاهش می‌دهند. اندازه فوق‌العاده کوچک این ذرات موجب می‌شود تا به راحتی و بدون لخته شدن و یا ساییدن پمپ، جریان پیدا کنند. به علاوه احتمال رسوب آنها نیز کمتر است و به راحتی و با روش‌های مناسب می‌توان مقدار آنها را کاهش داد یا از مایع خارج کرد.

از طرفی با استفاده از نانوسیالات حاوی نانوذرات رسانا، امکان سوخت موتورها، پمپ‌ها و رادیوتورهای سبک‌تر و کوچک‌تر و دیگر قطعات کوچک و بزرگ مورد نیاز خودرو فراهم می‌شود. به این ترتیب موتور خودروها و هواپیماها سبک‌تر شده و مسافت بیشتری را با همان مقدار سوخت موتورهای معمولی می‌پیمایند. این دستاورد تاثیر قابل توجهی در کاهش انتشار آلاینده‌ها داشته و در نهایت به سلامت بیشتر محیط زیست کمک خواهد کرد.

شرکت آمریکایی NanoDynamics هم اکنون نانو موادی مانند نانو ذرات مس (200 نانومتر، صدهزار کیلوگرم در سال) نقره (10 نانومتر) و فلزات دیگر،‌اکسیدها، سرامیک‌ها و نانولوله‌های کربنی را تولید می‌کند و روش‌های منحصر به فردی در شکل‌دهی نانوسیالات مسی در سیستم‌های شیمیایی و بسیار شبیه به آنچه در خنک‌کننده‌های اتومبیل به کار می‌رود، ابداع نموده ودر اختیار دارد.

پیل‌های سوختی بهبود یافته
استفاده ازنانوفناوری درساخت، پوشش‌دهی و بهبود کاتالیست‌های مورد استفاده در پیل سوختی از کاربردهای عملی این فناوری در زمینه تامین انرژی است.

با استفاده از این مواد می‌توان میزان مصرف مواد گرانقیمت در ساخت کاتالیست‌ها را کاهش داد، بازدهی پیل را افزایش داد و موانع عملیاتی برای تجاری شدن پیل‌های سوختی را از بین برد. خودروهای سبک بیشترین بازار را برای استفاده از پیل‌های سوختی دارند.

شرکت FUCHSIA سیستم ذخیره‌سازی سبک برای خودروها توسعه داده است که در دمای مناسب و فشار کم کار می‌کند. شرکت تایوانی Asia Pacific Fuel cell Technoloies Ltd الکترودهای غشایی نانو لوله‌های کربنی جدید برای پیل‌های سوختی هیدروژنی و متانولی اختراع کرده است که 75 درصد پلاتین کمتری مصرف می‌کند و این موجب افزایش قدرت رقابت‌ آنها می‌شود.