Вокруг Науки Техники

[Flanger]

 

[Flanger]

В Китае создали устойчивый к порезам и деформациям литий-серный аккумулятор — он работает даже повреждённым

Группа китайских учёных представила прототип литий-серного аккумулятора, устойчивого к повреждениям. Целью работы являлось создание более безопасной альтернативы литийионным аккумуляторам, которые подвержены воспламенению при повреждениях. Новый аккумулятор показал абсолютную надёжность, продолжая работать даже после того, как его перегнули пополам, а потом половину отрезали.

Для литий-серных аккумуляторов большой проблемой остаётся низкое число циклов заряда и разряда, что сдерживает их коммерциализацию. Учёные из Университета электронных наук и технологий Китая, Китайского института передовых технологий хранения энергии на озере Тяньму, Китайской академии наук и канадского университета Британской Колумбии включились в поиск соединений и решений, которые могли бы повысить цикличность этих перспективных батарей.

В основе катодов перспективных Li-S-аккумуляторов были использованы сульфиды переходных металлов. Основная проблема с такими соединениями в том, что при высоком нагреве полисульфиды начинали активно перемещаться по электролиту, что вело к вспучиванию аккумуляторов и затуханию электрохимических реакций. Отчасти эту проблему решали электролиты на основе карбонатов, но они также создавали другую проблему — вызывали появление осадка (пассивацию) на электродах аккумулятора, что быстро сокращало количество циклов его работы.

Для защиты катода из сульфида железа (FeS2) и анода с высоким содержанием металлического лития от выпадения осадка исследователи использовали три разных покрытия электродов: полиакриловую кислоту (PAA), полиакриламид (PAM) и полиэтиленоксид (PEO). Все эти соединения обладали хелатным эффектом (связывали «нехорошие» ионы), что предупреждало выпадение осадка на электродах. Эксперименты показали, что покрытие электродов полиакриловой кислотой дало наибольший эффект.

После 300 циклов перезарядки прототип аккумулятора формфактора «мешочек» сохранил 72 % первоначальной ёмкости, показав полное отсутствие снижения после первых 100 циклов. Сгибание аккумулятора пополам, а затем отрезание его половины не привели к отказу и взрыву батареи, что произошло бы в случае обычного литий-ионного аккумулятора, что доказывает абсолютную безопасность перспективных батарей. Однако над ними ещё предстоит немало работы до перехода к коммерческому производству.

[Flanger]

 

[Flanger]

Представлен первый литий-ионный аккумулятор с ниобиевым анодом

Батарея XN50, которую представила швейцарская компания Leclanché SA, отличается от привычных литий-ионных аккумуляторов инновационным анодом, который, как утверждается, превосходит современные решения, особенно для тяжелых грузовиков, локомотивов и судов на электротяге. Новые элементы питания обещают на 15% увеличить устойчивость к потере емкости после 1000 циклов при температуре 45°C.

В основе батарей швейцарской Leclanché SA — анод, изготовленный из материала, разработанного стартапом Echion. В 2017 году его основали выпускники Кембриджского университета. Защищенный множеством патентов рецепт анода основан на смеси оксида ниобия и микрочастиц. Они оптимизированы для работы с различными процессами экструзии и совместимы со стандартными токосъемниками, разделителями, электролитами и катодами.

Расчетный срок службы аккумулятора — свыше 10 000 циклов. Высокая выходная мощность сохраняется даже после длительного использования: прирост устойчивости элементов XN50 после 1000 циклов полной разрядки при температуре 45°C составил 15%. Кроме того, применение катода на основе воды и без богатых фтором соединений ПФАС снижает нагрузку на окружающую среду.
XN50 заменят прежние литий-титанатные (LTO) аккумуляторы Leclanché SA на новые модули, которые дополнят существующие графитовые и литий-никель-марганец-кобальт-оксидные батареи (G/NMC). Их плотность энергии на 50% выше, чем у технологии LTO, вдобавок, они поддерживают ускоренную зарядку. Элемент прекрасно работает в суровых условиях, демонстрируя повышенную производительность и безопасность, пишет IE.

Аккумуляторы XN50 в первую очередь предназначены для электрического грузового транспорта — автомобильного, железнодорожного и морского — а также для решения промышленных задач.

В прошлом году китайские геологи официально подтвердили, что открыли новый вид руды в крупнейшем в мире месторождении редкоземельных металлов. Как оказалось, в ней содержится ниобий, элемент, обладающий ценными сверхпроводящими свойствами.

[Flanger]

Представлена солнечная панель со встроенным фотохимическим аккумулятором — она даёт энергию днём и ночью

Группа европейских учёных создала инновационный гибридный солнечный элемент, который будет на месте запасать энергию для расхода в тёмное время суток. Новая разработка сочетает рекордную в своей области эффективность и экологическую чистоту, используя широкодоступные материалы без дефицитных редкоземельных элементов и дорогих металлов. Общая эффективность фотоэлемента составляет скромные 14,9 %, но продукт можно развивать дальше.

Учёные из Технологического университета Чалмерса в Швеции (Chalmers University of Technology) и Испанского политехнического университета Каталонии в Барселоне (UPC) решали две задачи. Во-первых, нужно было снизить рабочую температуру кремниевого фотоэлемента, чтобы его КПД не снижался из-за перегрева — нагрев может уменьшить эффективность на 10–25 %. Во-вторых, аккумулирование энергии должно было происходить без использования редких химических элементов. Следует помнить, что любой фильтр снижает КПД фотоэлемента, что является дополнительной задачей для разработчиков.

  
Исследователи использовали обычную кремниевую фотоячейку, но сверху разместили прозрачный элемент для микроциркуляции жидкости. Эта жидкость обладала свойством изменять молекулярную структуру под воздействием ультрафиолетового и видимого света. Учёные назвали эту надстройку молекулярным накопителем солнечной тепловой энергии (MOST). Энергия накапливалась в виде изменения молекулярных связей в жидкости. Для высвобождения энергии нужно было восстановить прежние связи. Жидкость могла использоваться до 1000 раз или около трёх месяцев непрерывной работы.

  
Эффективность накопления энергии в молекулярных связях составила рекордные 2,3 % для этого метода. Одновременно жидкость охлаждала кремниевую фотоячейку, на поверхности которой она находилась. При температуре прямого нагрева до 39 °C жидкость снижала температуру кремниевого элемента на 8 °C, что повышало его эффективность на 0,2 % (до 12,6 %). Суммарная эффективность гибридного элемента составила 14,9 %. Поскольку каждую из составляющих можно улучшить, в будущем эффективность может достичь коммерчески приемлемого уровня, обеспечивая дополнительные преимущества: повышенную эффективность, долговечность и относительную дешевизну.

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

Lastan: новое слово в защите аккумуляторов электротранспорта

Японская компания Asahi Kasei разработала (https://interestingengineering.com/innovation/flame-resistant-fabric-shields-ev-batteries) инновационный огнестойкий материал, призванный повысить безопасность аккумуляторов электротранспорта. Эта технология может стать решением проблемы теплового разгона батарей — одного из основных рисков в эксплуатации электромобилей.

Lastan демонстрирует впечатляющие характеристики: выдерживает температуру до 1300°C, сохраняя обратную сторону ниже 400°C; имеет кислородный индекс 50+, что превышает стандарт огнестойкости 27; получил максимальную оценку 5VA по стандарту UL94. Материал устойчив к ударам частиц 200-500 мкм и обеспечивает электрическую изоляцию до 3,5 кВт при толщине 1 мм.

В отличие от минеральных аналогов, Lastan легок, прочен и гибок. Его можно раскатывать в листы толщиной до 0,8 мм, упрощая производство.

Эксперты прогнозируют ежегодный рост рынка подобных материалов на 15% с 2024 года, что открывает перспективы для широкого применения Lastan в промышленности.

[Flanger]

Первое нано видео атомов водорода и кислорода, образующих воду

 

[Flanger]

[Flanger]

 

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

Важное событие, способное реанимировать всю программу легкого вертолета Ми-34: начались летные испытания модернизированного вертолета Ми-34М1 с российским турбовальным двигателем ВК-650 с почти вдвое большей мощностью чем у поршневого М-14В26В у Ми-34С

[Flanger]

Представлен самый большой самосвал КамАЗ полной массой 95 тонн

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

Устройство, для создания скриншотов из 1998 года.

[Flanger]

В Китае создали прототип литий-серного аккумулятора с рекордной плотностью энергии — 700 Вт·ч/кг

Китайская компания General New Energy (GNE) представила прототип перспективного литий-серного аккумулятора с рекордной плотностью запасания энергии на уровне 700 Вт·ч/кг. Это более чем в три раза превышает возможности среднестатистических литийионных аккумуляторов. Также литий-серные аккумуляторы безопасны при эксплуатации и содержат меньше дефицитного сырья. Осталось дождаться серийного производства чудо-аккумуляторов, но о нём пока неизвестно.

Компания General New Energy основана в 2022 году на базе международной группы учёных во главе с исследователем из Китая. Компания имеет собственные производственные мощности и намерена сама заниматься выпуском перспективных аккумуляторов. Заявленная рекордная плотность энергии прототипа литий-серного аккумулятора на уровне 700 Вт·ч/кг просто меркнет на фоне перспектив достижения ими плотности энергии 2600 Вт·ч/кг, что особенно важно для развития электрической авиации.

Литий-серные аккумуляторы разрабатывают много именитых компаний и стартапов. Это крепкие орешки для исследователей. Соединения серы имеют низкую проводимость и это снижает потенциал мощности литий-серных батарей. Также соединения серы и лития повышают вязкость электролитов, что снижает электропроводность и даже ведёт к усадке аккумуляторов, что грозит их физическим разрушением. Учёным пришлось много поработать, создавая компенсирующие недостатки серы присадки для электролитов и покрытия для катодов, в которых используется сера, тогда как аноды литий-серных аккумуляторов по-прежнему изготавливаются из металлического лития.

  

К счастью, прогресс есть. Литий-серные аккумуляторы появились в виде прототипов и исследуются автопроизводителями во многих странах. Как и любая новая технология — это пока дорого, но перспективы у нового типа аккумуляторов есть и они востребованы.

[Flanger]

Создан порошок с рекордным уровнем поглощения CO2 из воздуха

Сегодня удаление сколько-нибудь значимых объёмов углекислого газа из атмосферы (главного катализатора парникового эффекта) является неподъёмной задачей как по стоимости процесса, так и по его эффективности. Учёные из США смогли оптимизировать процесс, создав чудо-порошок с рекордным уровнем поглощения CO2, коммерческое использование которого может начаться через пару лет.

Над открытием группа учёных из Калифорнийского университета в Беркли работала больше 30 лет. Они изучали соединения, относящиеся к так называемым ковалентным органическим каркасам, имеющими пористую структуру и поэтому обладающим огромной площадью поглощения.

Разработанная учёными структура на основе аминных связей, активных при захвате молекул углекислого газа, оказалась удачнее предыдущих решений. Всего 200 граммов порошка COF-999 способны абсорбировать из воздуха 20 кг CO2. На такое сегодня не способен ни один материал. Для сравнения, примерно столько углекислого газа за год поглощает среднестатистическое дерево.

Для ряда предыдущих методов прямого улавливания углекислого газа из атмосферы также использовались амины (полиамины), но в виде жидких растворов. Также подобное требовало нагрева для лучшей реакции. Материал COF-999, как заявляют учёные, работает при комнатной температуре в сухом порошке, что делает его эксплуатацию удобной. Последующий нагрев порошка до 60 °C высвобождает CO2 и позволяет порошку снова его захватывать. Так можно делать до 100 раз с каждой порцией COF-999. Высвобожденный газ можно захоронить или пустить в производство. Также порошок COF-999, по признанию учёных, поглощает CO2 из воздуха в 10 раз быстрее других аналогичных по назначению веществ.

Учёные рассчитывают, что новый материал поступит в эксплуатацию примерно через два года, если они смогут повысить его абсорбирующую способность и количество рабочих циклов.

[Flanger]

Центр массовой вакцинации лосося, выращенного на ферме

[Flanger]

[Flanger]

 

[Flanger]

[Flanger]

[Flanger]

Амеба-вампир из Германии ломает добычу пополам и срыгивает погадку

Хруст клеточной стенки не предвещал ничего хорошего. Сморщившись от боли, водоросль почувствовала, как солнцеподобный рыжий монстр, припав к ней голым телом и проделав в ней прокол, присосался к ране смрадными губами и начал высасывать жизненные соки вместе со всем содержимым поврежденной клетки, а что осталось на стенках – долизывать ложноножками. И пока она скукоживалась, тело вампира зловеще набухало, готовясь разродиться несколькими копиями таких же сосунов…

Вампирелла только что высосала клетку водоросли.

Амеб-вампиров впервые открыл в середине XIX века немецкий ботаник Иоганн Баптист Георг Вольфганг Батрахосперм Фрезениус, а в 1865 году польско-российский биолог, пионер микробиологии Лев Ценковский подробно рассказал об их жизни и пищевом поведении, дав им латинское имя Vampyrella. Дальнейшие открытия подобных протистов сформировали целый отряд Vampyrellida в супергруппе Rhizaria – около полусотни описанных видов плюс множество неописанных, зачастую известных лишь по фрагментам ДНК из проб со всего мира. Эти прожорливые создания обнаружены в пресных водах и почве на всех континентах, кроме Антарктиды, и во всех океанических экосистемах, включая гидротермальные источники.

Питаются вампиреллиды не только одноклеточными и многоклеточными водорослями растительной природы, но и всевозможными протистами, грибами и даже микроскопическими животными – круглыми червями (нематодами) и яйцами коловраток. Кто-то специализируется на определенной пище, как разные виды рода Vampyrella (любители зеленых и харофитовых водорослей), а кто-то гурман-генералист, как Leptophrys vorax (даже его видовое имя намекает на обжорство). При недостатке пищи клетки у некоторых видов могут объединяться в плазмодии, которые перемещаются на большие расстояния в поисках пропитания. Ну а когда насосутся, вампиреллиды выстраивают вокруг себя плотную стенку и образуют неподвижную цисту – в этом «гробике» они переваривают пищу и делятся. Был один вампир – стало два (у вампирелл – четыре)!

Пищевые стратегии вампиреллид.

Описанный в самом начале способ питания – это архетипичная для вампиреллид «экстракция протопласта» (то есть извлечение содержимого клетки), которую наблюдал Ценковский. Но есть и другие пищевые стратегии на основе фагоцитоза: «свободный захват» (простейший фагоцитоз), «вторжение в колонию» (с образованием пищеварительных цист внутри нее) и «проникновение в добычу» (затем возможны гастротуры из клетки в клетку в нитчатой водоросли). Они необязательно исключают друг друга – некоторые генералисты могут переключаться с одной стратегии на другую в зависимости от добычи. В целом подобное многообразие взаимодействий с добычей нехарактерно для большинства хищных протистов. А тут еще и пятый вариант обнаружился, весьма неординарный.

Ученые были малость обескуражены, когда в пробах осадка из неглубоких водоемов пустошей в окрестностях Кельна и Рекке (Германия) нашли относительно крупненькие пищеварительные цисты незнакомой вампиреллиды без клеточной добычи внутри них. Никаких сморщенных водорослей с вампирскими проколами рядом также не валялось, зато были разбросаны разломанные пополам оболочки одноклеточных харофитов—конъюгат рода Closterium, живая популяция которых выглядела довольно упадочной. Что ж, протистологи вырастили этих вампиреллид, названных Strigomyxa ruptor, и выяснили, что происходит на залитом солнцем дне немецких прудовых угодий.

 

Вампиреллида Strigomyxa ruptor питается конъюгатой Closterium (a) и перехватывает ее посерединке ленточкой гранулированной цитоплазмы (b).

Округлые амебы размером 50–150 микрометров с рыжей гранулированной цитоплазмой, как оказалось, охотно навостряют свои тоненькие, иногда раздвоенные ложноножки-филоподии в сторону серповидных клостериумов и фагоцитируют их целиком, часто по нескольку штук (аж до семи разом в режиме плазмодия!), облачая в тесные вакуоли. Вскоре жертву посерединке обхватывает загадочная цитоплазматическая ленточка и в ее клеточной стенке появляется узкая щель – вследствие не механического стягивания, а скорее ферментативного воздействия (в гранулах ленточной цитоплазмы могут быть ферменты, которые разрушают покровы водоросли). С противоположной стороны от щели вакуоль плотно прижата к стенке и фиксирует добычу, а на углах серпа растягивается и гнет – в конце концов щель прорывается и содержимое клостериума частично изливается в вакуоль вампиреллиды. Тут же в ход идет внутривакуолярная ложноножка (!) – она проникает в щель и выскребает остальное содержимое, пока вакуоль продолжает подпирать и гнуть. Процесс напоминает разламывание сахарного пакетика, причем во рту – при активном участии неба, щек и языка.

Пищеварительная вакуоль S. ruptor отнюдь не проста, как вы уже поняли. Она возникает в ходе фагоцитоза, как и у остальных амеб, но вместо банальной посудинки для варки пищи оборачивается целым камбузом для разделывания добычи со специфическим функционалом, не характерным для обычных пищеварительных вакуолей. В этом кухонном шкафу явно есть цитоскелет (возможно, из актина и миозина) – вакуоль как будто сохранила определенные свойства клеточной мембраны, которые позволяют запускать внутрь себя ложноножку (такого прежде не встречалось ни у вампиреллид, ни у каких-либо других амеб), а также формировать дочерние вакуольки для непосредственного переваривания содержимого водоросли. В конце она еще и отпузыривает «мусорную» вакуоль для экзоцитоза, то есть вывода из клетки опустошенных половинок клостериума.

Экзоцитоз водорослевых стенок напомнил ученым срыгивание погадки совой, за что вампиреллиду и назвали Strigomyxa, от греческих слов στρίξ – «сова» (отсюда же и Strix – латинское имя неясыти) и μύξα – «слизь». Ну а видовой эпитет ruptor по-латыни означает «ломатель», что отсылает к способу питания, практикуемому данной амебой.

Новая пищевая стратегия, практикуемая вампиреллидой Strigomyxa ruptor: «внутренняя экстракция протопласта и регургитация клеточной стенки». Она

подчеркивает, насколько изощренно могут манипулировать добычей некоторые протисты, отмечают авторы исследования.
На обед из одного блюда стригомикса тратит примерно 30–45 минут, но чем больше добычи заглочено и чем она крупнее, тем дольше он длится. После завершения трапезы и выноса мусора пищеварение, как водится, не прекращается – для его комфортного осуществления вампиреллида переходит на стадию пищеварительной цисты: кутается в оболочку и замирает. Зеленые кусочки пищи в ее цитоплазме потихоньку темнеют и собираются в кучку внутри большой центральной вакуоли, вокруг которой плавают оранжевые цитоплазматические глобулы – так сытая хищница приобретает насыщенную рыжину. Пищеварение продолжается двое-трое суток и завершается выходом амебы из цисты, в которой остается одна лишь какашечка из непереваренных остатков водоросли. Делится стригомикса не в цисте, а в свободном плавании, расползаясь телом в противоположные стороны.

Пищеварительная циста Strigomyxa ruptor – от формирования до выхода из нее с оставлением одинокой какульки (a–d), а также флуоресценция цист – от ранней до поздней  (e–g).

Что любопытно, стенки пищеварительных цист S. ruptor светятся синевой, причем флуоресценция усиливается со временем. Это может быть связано с исключительной, воистину вампирской светочувствительностью стригомиксы, повышенной даже в сравнении с другими вампиреллидами. В лаборатории уже через полминуты подсветки обычного дифференциального интерференционно-контрастного микроскопа амеба втягивала филоподии и формировала гипноцисту (считай, засыпала), а в некоторых случаях свет даже приводил к разрыву клетки. В естественной среде обитания стригомикса охотится голышом на светолюбивых клостериумов и затем подолгу их переваривает, подвергаясь интенсивной солнечной радиации. Возможно, в стенках пищеварительной цисты содержится некое солнцезащитное вещество, которое и вызывает флуоресценцию. А вот влияет ли на вампиреллиду чеснок и есть ли у нее против него какая-нибудь интересная адаптация, ученые пока не проверяли.

[Flanger]

Toyota USA только что выпустила свой новый концепт: Toyota Calty Land Cruiser ROX. Его будут покажут на выставке SEMA 2024 года 5 ноября.

[Flanger]

Honda представила прототип двигателя V3 большого объёма с электрическим нагнетателем

[Flanger]

Высокоскоростной 3D-биопринтер печатает ткани человека: от мозга до костей

Ученые могут печатать точные модели для изучения заболеваний и разработки новых методов лечения. О разработке сообщает пресс-служба Мельбурнского университета.

Исследователи из Мельбурнского университета разработали 3D-биопринтер, способный печатать точные модели человеческих тканей — от мягких структур мозга до более твердых, таких как кости и хрящи. Технология подойдет для репликации органов и тканей, чтобы улучшить прогнозирование развития болезней и разрабатывать новые лекарства без испытаний на животных.

Традиционные 3D-биопринтеры используют медленный послойный подход, который может повреждать клетки и ограничивать сложность структур. Инженеры из Мельбурнского университета нашли способ решить эту проблему.

Разработанный биопринтер использует акустические волны, создаваемые вибрирующими пузырьками, для точного размещения клеток в 3D-печатных структурах. Это обеспечивает основу для дифференциации клеток и их созревания в сложные ткани. При этом метод позволяет печатать структуры всего за несколько секунд — примерно в 350 раз быстрее традиционных подходов.

Эта технология может стать важным инструментом для медицинских исследований. Создание точных моделей различных органов и тканей важно для изучения заболеваний, например, развития рака, и для разработки новых методов лечения. Более того, это может проложить путь к более этичным исследованиям, сократив необходимость в испытаниях на животных.