Сегодня ученые со всего мира безуспешно пытаются создать недорогой, легкий, компактный и невероятно емкий аккумулятор. А между тем такой накопитель энергии уже существует.
Мир электроники и электричества наступает! Милые поклонникам механики устройства все чаще уступают место машинам с электромоторами и электронными схемами. Однако мир будущего станет более механическим! Так считает профессор Нурбей Гулиа. За последние десятилетия механические накопители энергии заметно прибавили в энергоемкости, и именно их, по мнению ученого, будут использовать во многих устройствах вместо привычных электрохимических аккумуляторов.
Тут много текста из статьи пропущено, далее только важное.
Вот так выглядит схема ленточного, маховичного аккумулятора.
https://www.mentoday.ru/upload/img_cache/576/576bdc7f064886b6938e00803b9406ea_cropped_666x274.webp
И самое существенное -
...
Можно ли вывести супермаховик на уровень самых емких аккумуляторов? Оказывается, это не проблема. Если вместо стали использовать более прочные материалы, то пропорционально вырастет и энергоемкость. Причем, в отличие от электрохимических аккумуляторов, здесь практически нет потолка.
Супермаховик из кевлара на испытаниях при той же массе накапливал в четыре раза больше энергии, чем стальной. Супермаховик, навитый из углеволокна, может в 20−30 раз превзойти стальной по плотности энергии, а если использовать для его изготовления, например, алмазное волокно, то накопитель приобретет фантастическую энергоемкость — 15 МДж/кг. Но и это не предел: сегодня с помощью нанотехнологий на основе углерода создаются волокна фантастической прочности. «Если из такого материала навить супермаховик, — рассказывает профессор, — плотность энергии может достичь 2500−3500 МДж/кг. А значит, 150-килограммовый супермаховик из такого материала способен обеспечить легковому автомобилю пробег в два с лишним миллиона километров с одной прокрутки — больше, чем может выдержать шасси машины».
Важно обратить внимание на вот такую цифру -
расчётная плотность энергии современных маховиков - 2500−3500 МДж/кг
если сравнивать то бензин плотность энергии где-то - 60 МДж/кг,
литий-ионные аккумуляторы это приблизительно о,2 МДж/кг (и это ещё щедро)
Статья не моя, ссылка - https://www.mentoday.ru/technics/garage/revolyucioner-v-mire-akkumulyatorov-mahovichnyy-nakopitel/
дополнительная ссылка для тех кому лень считать - Какого размера батарея нужна для питания дома?
https://habr.com/ru/post/376615/
в последней ссылке в статье есть ещё полезные ссылки.
Комментарии
Обсосано давно. Гулиа увлечённый романтик. Маховик, как аккумулятор энергии применим в очень узких и специфичных решениях. Универсальностью не обладает. Есть одна физически не разрешимая проблема. Чем выше он накопил энергии, тем меньше мощность и отдачи и приёма. Иначе бабах. И это ой как фу. В этой связи много лемм.
))) Скупо. Очень. Давно уж 0,8 Мдж/кг - заштатный показатель.
"В этой связи много лемм."
Что за леммы? Мне так видится что скорость отбора/заряда
ограничена только парой факторов и они не так уж будут мешать. ))
"Давно уж 0,8 Мдж/кг - заштатный показатель."
В любом случае это не 2500 МДж/кг. В 50 раз покруче диз топлива.
"Аргентина - Ямайка : 5 - 0" ))
нет и быть не может там 2500 МДж/кг. просто 1 МДж/кг получить невозможно. 50 кДж/кг- технически реализуемый потолок. можно удвоить ценой титанических усилий и увеличения цены конструкции раз в сто, но это нерентабельно никак вообще. можно утроить в теории- ну, в компьютерной модели оно будет как-то фурычить, но реализовать- не получится, и уж тем более не получится- сделать из этого эффективный и пригодный к использованию накопитель. потому что технические проблемы- подвес, смазка, вакуум, подвод-отвод энергии, долговечность, усталостная прочность и всякие технические тонкости, которые снижают всегда практически достижимые показали в три раза по сравнению с теоретическим максимумом. А Аргентина - Ямайка: 5 - 0- это сказки для подростков. А в жизни- убили негра.
Поностальгировал) ещё в детстве зачитывался его теориями...
Для маховика типа цельного ЖД стального колеса.
Заслуга Гулиа в том, что он этот предел преодолел, изобретя супермаховик. Там он заменил вектор радиальных напряжений на линейные. Ленточные они или нитевые. Короче 200-500 кДж/кг сейчас вполне обыденно. Но генетические болезни это никак не меняет.
Если 200-500 кДж/кг сейчас обыденно- то поделитесь ссылкой на сайт производителя кинетических накопителей с такой плотностью- очень хочу расширить горизонты своего восприятия.
потому что 500 кДж/кг- это скорость движения обода в 1 км/с ровно, кто научился раскручивать в накопителях обод до такой скорости?
круговое вращение маховика создает в нем растягивающие напряжения. Гулиа в этом смысле ничего не изобрел вообще, нет никаких ни радиальных, ни линейных напряжений, в механике деформируемого твердого тела эти термины не известны. растягивающие напряжения в маховике есть. и если взять колесо типа велосипедного, и знатно его раскрутить- то растягиваться будут не спицы этого колеса, а тянуть будет обод, и вся проблема супермаховиков упирается в то, как бы сделать этот обод попрочнее на разрыв. Сталь держит на растяжение примерно 100МПа (в полевых условиях, реально держит), углеродные нанотрубки или графеновое волокно- примерно 2000МПа, но это одиночное волокно в условиях экспериментальной лаборатории, реальные достижимые пределы прочности волоконных композитов- 900МПа на практике. А плотность этих трубочных или волоконных композитов- в восемь раз ниже плотности стали, и мало кто понимает, как у них там с долговременной прочностью и ползучестью в этих композитах дела обстоят на практике. Напряжение в ободе пропорционально квадрату скорости (и энергия пропорциональна квадрату скорости), и обратно пропорционально массе обода (и энергия тоже обратно пропорциональна массе обода). стальной обод позволяет накапливать сейчас порядка 20-25кДж/кг (200-250м/с скорость обода). Графеновый обод будет накапливать в двадцать раз больше- ажно 500 кДж/кг. только для этого надо скорость движения обода поднять в пять раз, стальной обод движется со скоростью под 300м/с, углеволоконный будет 1500 м/с? И собственно главная проблема упирается не в прочность этого обода, а в скорость, до которой его можно раскрутить и в мелкие технические проблемы, возникающие при достижении этой скорости- как то: высокий вакуум (любые молекулы начинают на таких скоростях вызывать жесткую такую ветровую эрозию, быстро изнашивая обод, отрывая от него микрочастицы, которые вызывают еще более ускоренную эрозию и так далее), вибрации, требования по балансировке, надежность и прочность подвеса, всякие гироскопические моменты, связанные с нагрузками на поворот такого маховика- а там частоты вращения- килогерцы, там гироскопичность- это такая тоска и ужас, а там еще и резонансы и колебания конструкции. и цена. так что дайте ссылку. реально не верю в их существование и хочу быть неправым в этом вопросе.
Не парься. Я писал выше, что маховик не универсален. Очень не универсален. И очень желателен заранее предсказуемый режим нагрузок в работе. Изготовление под конкретные задачи - вопрос индивидуального проектирования. В том числе и способов и особенностей намотки. Потому и сложно найти производителей, что такие накопители нах не нужны. Попадались на глаза о статьи, в том числе ))) о производстве офисных ИБП с типа подобными плотностями))).
Ну сообрази сам. Голова не только для того, чтобы в неё огурцы запихивать.
Кстати, эту тему с маховиками, сам Гулиа и дотянул до теоретического предела. Еравномцквадрат. Предложив в качестве мегасупер-пупер маховика крутить ионизированые частицы вещества в кольцевом магнитном накопителе. Управление энергией впрыском и выводом количества вещества и магнитным полем. Масштаб увлечённости полёта мысли Гулиа конечно границ не имеет. Ибо человеческие мегополисы он предлагает помещать внутри этого бублика. Ну или бублик строить вокруг)))
Поэтому твоё
Это всего лишь граница индивидуальной личностной фантазии. Не более.
ааа, ну если ионизированные частицы в кольцевом магните- так это все объясняет! А как инженер-физик я поржу на такими фантазиями. У нас есть один "кольцевой магнит" с ионизированными частицами, БАК называется. так вот влупить туда энергию- как нефиг делать, а забрать- редьку с маслом Вам, а не энергию. и работает это все только при криогенных температурах. А вот про границы фантазии Вы чертовски правы. Я свою фантазию ограничиваю грубыми теоретическими оценками. быстро и сразу. это позволяет избегать "кольцевых магнитных накопителей с ионизированными частицами с вводом-выводом вещества".
Внимательней смотрите кому адресовано моё сообщение.Ибо от этой идеи (использования маховиков в качестве накопителей) - кипятком не писаю.
Вообще-то я то же поржал. Ну а проект ускорителя более подробно у Гулиа описан. Ес-но сверхпроводимости приплетены какжыж без них.
Ну а так-то Гулиа, тоже к физике отношение имеет. Грамотный мужичок. Увлечённый романтик. Но, думаю с ускорителями он не в свою тарелку залез. Хотя, с точки зрения доведения идеи маховика до абсолюта, пришёл логически верным путём. Но он и сам признаёт, что сложностей тут тьма.
Самое главное - на автомобиль, вообще на любое движущееся устройство его нельзя ставить из-за эффекта гироскопа. Машина просто не сможет повернуть, любой маневр становится крайне опасен.
Интересное будет взаимодействие мобиля и супер-пупер гироскопа у него в нутре...
Гулиа такие опытные экземпляры делал. Его отзывы восторженно - оптимистические. Доведённые до абсолюта. Хорошо держит направление )))). Описывал он и незначительные нюансы эксплуатации. К примеру, во время испытаний махомобиля во дворе Ереванского института, когда его, как руководителя, слегка задвинули, он с весёлым задором рассказал про фиаско его Сольери во время публичной демонстрации чуда накопления. Когда ленточный (выполненный из полосы стали из которой лезвия для бритвы делаются) маховик переделанного автомобиля, разорвало и случился большой бум, когда маховик стал нехилым пулемётом, выплёвывающим вокруг стальные осколки ленты. И только счастливая случайность... Обошлось. Для присутствующих.
"Хорошо держит направление )"... Могут возникнуть некоторые проблемы с поворотами. ))
Там нюансы восторгов управления зависят от плоскости вращения установленного маховика ))). Если её (плоскость вращения) сделать изменяемой, то полная гамма восторгов может проявляться бесконечной гаммой оттенков.))). Иногда и случайно положительных, типа нечувствительностью к мелким ямам..
Просто дороги надо делать прямыми. А машина должна ездить от поворота до поворота. На повороте - пересадка.
Электротрансмиссия? Нет? Не слышали?
Как, например, у НЛО?
))
Положим, если ось вертикальна - проблемы будут только при попытках ехать в гору или с горы - будет опрокидывать. Ну еще при ускорении будет налево или направо заворачивать - но это как бы мелкие брызги по сравнению с возможностью ехать так тысячу километров :)
Н-1 взорвалась четыре раза, а Сатурны вообще отменили. ))
Ежели его положить горизонтально а потом прыгнуть на кочке получим эффект левитации )))
Это было придумано и обкатано много-много лет назад. Как уже указали Гулиа.
Перспективный чат детектед! Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за последние 4 часа.
Про енти маховики ещё в советских журналах хвалебно расписывали...
Ну вот, уже и инерцию обманули! Наконец-то килограмм гводей не равен килограмму гусиных перьев.
Максимально допустимая частота вращения изменяется. Потому что прочность на разрыв разная. Задачка из школьного курса физики: если маховик стал в 2 раза легче, но его раскрутили в 2 раза быстрее, то как изменится его кинетическая энергия?
Гм, от угловой скорости там квадратичная зависимость а от момента инерции всего-лишь прямая, однако )))
Намек: кинетическая энергия зависит не только от массы
ну да, я чота за массу убился.
а как с таким бешеным гироскопом в багажнике гонять?
Не знаю.
подвесить его на гироскоп жеж
А Вас кто обманул?
Кинетическая энергия вращательного движения — энергия тела, связанная с его вращением.
Основные кинематические характеристики вращательного движения тела — его угловая скорость ({\displaystyle \omega }
) и угловое ускорение.
Основные динамические характеристики вращательного движения — момент импульса {\displaystyle L}
относительно оси вращения {\displaystyle z}
, а именно:
{\displaystyle L_{z}=I_{z}\omega }
и кинетическая энергия
{\displaystyle E_{k}={\frac {I_{z}\omega ^{2}}{2}}}
где {\displaystyle I_{z}} — момент инерции тела относительно оси вращения.Даже при небольшом ДТП машину разорвёт в клочья
Ничо страшного. В десятитонный сейф спрячут этот маховик, вот и вся проблема. Будет Дэу Матиз вместо 800кг. весить 10800. Это ж ерунда, главное - экология. Или водить станут аккуратнее.
Пуленепробиваемая броня из человеческих клеток? Ученые создали гель, который останавливает пули, летящие со скоростью звука.
https://aftershock.news/?q=node/1190141
))
проще утилизация. В совочек собрали ошмётки - и дорога снова чистая
Ладно,если только машину разорвет. А что,если он соскочит и помчится?
В детстве машинки такие были - со стальной лентой и заводным ключом.
Проблема не только с целостностью самой ленты, но и с тем, что у него отдача энергии неравномерна. На максимуме, он отдаёт большое усилие, на минимуме - его совсем не много. Опять нужны редукторы и коробки передач.
У маховика больше технических проблем, чем у электрических аккумуляторов. Вибрация, износ оси, защита от разрыва, гироскопический эффект на транспорте, т.д. и т.п. Если и есть смысл их раскручивать (в современном маркетинговом смысле), то для стационарных систем - например, как накопители при солнечных и ветровых электростанциях, как компенсаторы пиковых нагрузок при небольших потребителях. Там можно поэкспериментировать
Были и в опытной эксплуатации гиробусы. Вот этот, похожий на Шкоду 8tr, швейцарский
Оказался рабочим, но слишком проблемным вариантом.
Обращаю Ваше внимание на то что вся эта сумасшедшая чертовщина
работает в паре с супервариатором, а он, насколько я понял,
электромеханический, только по этому он "супер-". ))
Где то графоманит очередной Владисвал. Лоханулись батенька....
Минутка школьной физики за 10 и 11 классы, которую все изучали, но никто почему-то не помнит.
E=mv^2/2
отсюда
v=sqrt(2E/m)
Че там супермаховик накапливает? 3500 МДж/кг? так вот я щас подставлю эти чиселки в эту школьную формулку, и посмеюсь: 1 джоуль- это по размерности в СИ 1 кг*(м/с)2
v=sqrt(3500*10^6*2)= sqrt(7*10^9) = +-8.3*10^4м/c. Скорость движения обода такого супермаховика- 83 км/с. 83! километра в секунду! это в двенадцать раз больше первой космической. такой супермаховик может двигаться только в глубоком вакууме (при любом заполнении маховика газом в нем тут же возникнет при таких скоростях движения обода сильная ударная волна, которая в лучшем случае- В ЛУЧШЕМ- будет тормозить обод и греть газ до температуры плазмы, а на самом деле- просто будет разностить к собачим хвостикам все элементы самого маховика и его обшивки и испарять их в полете. А обод будет сделан из алмазных нитей? ААААА, ну это все объясняет, алмазные нити же- все понятно... как только изобретут технологию изготовления алмазных нитей- так сразу все и получится. это вам не школьная физика, это хайтек, понимать надо.
скорость теплового движения молекул- порядка 300м/с. (ПОРЯДКА!). Соответствующая энергия теплового движения молекул- 4,5*10^4 Дж/кг. вот 45 кДж/кг- это и есть порядок величины, максимальной для механических накопителей энергии. то есть, 10-20 кДж/кг- с них снять можно при текущем уровне техники довольно просто (это всего-то 200м/с скорость движения обода, что дозвук, напряжения в материале обода при этом приемлемые и механика подвеса и подвода-отвода энергии это все выдерживает, вибрации не убивают ничего и в целом- жизнеспособная тема). 50кДж/кг- это уже сверхзвуковая скорость движения обода, ударные волны в вязком газе, необходимость работы в вакууме, запредельное напряжение в материале обода, вибрации в подвесе- адовая проблема, трение и теплоотвод в подвесе- адовая проблема, вакуумные смазки- адовая проблема, подвод-отвод энергии- адовая проблема, и не дай Бог хоть что-нибудь на миллиграмм разбалансировать в этом ободе- это просто конец с громким стуком). 1МДж/кг? для механических накопителей недостижимая плотность энергии. нее, я в курсе, что в теории (в ТЕОРИИ!) в углеродных нанотрубках в форме энергии растяжения и скручивания можно запасти 1,7 МДж/кг. ну так это предельная энергия, запасаемая в углеродных нанотрубках в численных рассчетах (и никакого отношения к супермаховикам, кстати). А в промышленных супермаховиках скорость движения обода- примерно 900-950км/ч, то есть, как раз порядка 300м/с. и никаких способов повышения скорости движения этих маховиков не предвидится, как и удельной запасаемой энергии. Кто-то там в википедии написал, что супермаховики способны хранить ажно 1200 Вт*ч/кг (что примерно равно 4,3 МДж/кг)- ну так свободная энциклопедия, кто че хочет, то туда и пишет. мог бы и 1200кВт*ч/кг написать. подумаешь, проблема, разогнать килограмм шерсти до 100 км/с.
Ну вот пришёл человек с калькулятором и разбил мечту.
Он неправильный калькулятор прнс. У правильного кинетическая энергия как Jw2/2 считается. А он вместо диска точку посчитал. Но порядок цифири сходный выйдет, на самом дело - маховик нужно крутить быстро )))
ну, а J- это m*r, а v= это rw, и получится у тебя опять 25- mv2/2. говорю же, в школе физику все учили, но никто не выучил.
Вы опять точку считаете а не диск
Я умею в объемные интегралы в цилиндрической системе координат. А маховики стараются сделать в виде обода- как раз чтоб считать не диск, а тонкий обод, который можно свести к точке, так как момент инерции этого обода примерно равен произведению массы обода на радиус, а энергия- равна массе обода, умноженной на полуквадрат скорости его движения (с точностью до пары процентов). да, можно учесть геометрические особенности (и при расчетах реальных маховиков их и учитывают), но какое это все имеет отношение к оценкам величин? ну ошибся я в рассчетах на этой геометрии на 30%, Вам легче стало? Я же специально брал самые эффективные показатели! предельно эффективные! а если масса маховика размазана по диску- то его эффективность только снижается (при той же массе снижается момент инерции и при той же частоте вращения нагрузка на внешней границе маховика постоянная, предел прочности постоянный, а средняя энергия- упала, и все становится еще хуже). Физика, том 1. механика. бессердечная ты книга...
"так как момент инерции этого обода примерно равен произведению массы обода на радиус,"
Не совсем так, на рисунке есть момент инерции диска, и ни на радиус, а на квадрат радиуса... ))
Ну ващета я сделал оговорку что порядок цифири не поменяется))))
Страницы