wyk ad vi n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
WYK ŁAD VI PowerPoint Presentation
Download Presentation
WYK ŁAD VI

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 22

WYK ŁAD VI - PowerPoint PPT Presentation


  • 212 Views
  • Uploaded on

WYK ŁAD VI. Odwracalne i nieodwracalne ogniwa elektryczne (baterie, akumulatory). Magazynowanie dużych gęstości energii. B. Materiały magazynujące ładunek elektryczny. Magazynowanie dużych gęstości ładunków. Superkondensatory i ferroelektryki. Membrany i superprzewodniki jonów.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'WYK ŁAD VI' - flavio


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
wyk ad vi

WYKŁAD VI

  • Odwracalne i nieodwracalne ogniwa elektryczne (baterie, akumulatory). Magazynowanie dużych gęstości energii.
  • B. Materiały magazynujące ładunek elektryczny. Magazynowanie dużych gęstości ładunków. Superkondensatory i ferroelektryki. Membrany i superprzewodniki jonów.
  • C. Rodzaje elektrycznych właściwości materii: izolatory, półprzewodniki, metale, półmetale, nadprzewodniki.
  • D. Nadprzewodnictwo nisko– i wysokotemperaturowe. Oporność materii dla stałego i zmiennego prądu. Procesory komputerów przyszłości. Magazynowanie energii w postaci pola magnetycznego.
slide2

Wartość U /V/

  • Wartość P /W/
  • Pojemność /Ah/
  • Gęstość energii
  • Odwracalność
  • Czas życia
  • Cena
  • Toksyczność

SEM vel U /V

+

KATODA

ANODA

MOSTEK

Schemat budowy ogniwa elektrycznego

slide3

Ogniwa nieodwracalne

koniec XVIII w. – Luigi Galvani, Alessandro Volta, pierwsze doświadczenia nad elektrycznością zwierzęcą i ludzką

1800 –Volta, stos elektrod: Ag|wilgotny karton nasączony solanką|Zn

1800 – Humphrey Bartholomew Davy, H2SO4 zamiast solanki

1802 – Johann Wilhelm Ritter, suche ogniwo galwaniczne (ogniwo Volty wysychało!), następcza elektroliza wody

1833-34 – MichaelFaraday,prawa elektrolizy

1835 – John Daniell, klasyczne ogniwo Cu|CuSO4||ZnSO4|Zn

1841 – RobertWilhelm Bunsen, Zn|ZnSO4,HNO3|C

1872 – JosiahLatimer Clark, Zn(Hg)|ZnSO4|HgSO4, Hg

1877 – Leclanche, modyfikacje Fery’ego, ogniwo C|MnO2, NH4Cl|Zn

1893 – E. Weston, Cd(Hg)|CdSO4|HgSO4, Hg

1912 – GilbertNewton Lewis, ogniwo litowe: Li|S(c)|CuS; kWh na 1 kg ogniwa

1967 – Ford Motor Co. ogniwo Na(c) (100 oC)|S(c) (120 oC), (Na2O x 11Al2O3)

Dzisiaj – Li|SOCl2|C, 3.6 V, 1.86 kWh/kg, 25 lat życia (rozruszniki serca), XXI w. – ???

slide4

Ogniwa odwracalne

1859 – Gaston Planté, akumulator ołowiowy Pb|H2SO4|PbO2

1899 – Waldemar Junger, akumulator Ni/Cd: Ni, NiO(OH)|NaOH|Cd(OH)2, Cd

1904 – Thomas Alva Edison, akumulator Fe/Ni: Fe|KOH|Ni(OH)3

1988 – Akumulator wanadowy, V(V)+V(II)V(III)+V (IV) Australia (patent USA)

1990 – Akumulator Ni/MH, komercjalizacja Sanyo Electric, LaNi5

1991 – Akumulator Lit/jon, komercjalizacja Sony, interkalacja Li w tlenki metali przejściowych

1997 – Akumulator organiczny (polifenylotiofen)

1999 – Akumulator Li/polimer, komercjalizacja Valence Technology

XXI w. – ???

slide5

d

Kondensatory.

Parametry:

C i C/V

Emax

En/V

iprzecieku

rozł iCużyw

życia

Tpracy

C = (S ) / d

En/V = ½  |E|2

|Emax| = Vmax/d

(wywołuje przebicie)

S

E

Materiały magazynujące ładunek elektryczny.

slide6

Magazynowanie dużych ładunków i dużych gęstości obj. ład.

Superkondensatory (> 1F).

  • Magazynują do 2000 x więcej dużych gęstości obj. ładunków niż tradycyjne aluminiowe kondensatory elektrolityczne.
  • “Supercapacitors”są zdolne do szybkiego ładowania i rozładowania, i znoszą wiele takich cykli bez szkody dla pojemności.
  • Służą w wojsku do rozruchu silników, a nawet jako backup do zasilania rakiet
  • Służą jako UPS, oraz dla telefonów komórkowych
slide7

Niska oporność układu

(iskra, motory, zawory elektromagnetyczne feedback)

1 A

100 mA

Średnia oporność układu

(wszystkie mikroprocesory)

10 mA

1 mA

Wysoka oporność układu

(backup dla zegara, SRAM i DTS )

100 A

10 A

1 A

1 s

10 s

100 s

1 h

10 h

100 h

1 mies.

slide8

Superprzewodniki jonów

/superionic conductors lub solid (niegdyś vitreous) electrolytes/.

h+

Kat+

Kat+

h+

e–

An–

superprzewodnik anionowy

superprzewodnik kationowy

przewodnik mieszany

+

przewodnik elektronowo–dziurowy

Superprzewodnictwo : gdy jon(25 oC) > 10–3 S/m

Badania: (i) nowe związki, (ii) aspekt temperaturowy, (iii) złącza dwóch superprzewodników jonowych, (iv) max. exp. jon 30 S/m, max. teor. jon 104

Zastosowania: (i) materiały elektrodowe (baterie, sensory, wyświetlacze), (ii) membrany (ogniwa paliwowe), (iii) synteza ultraczystych metali alkalicznych

slide9

H+: KHSO4, Cs2(HSO4)(H2PO4), HPb2Nb3O10

F–: PbF2, CsPbF3, TlF, AgF, PbSnF4 and KBiF4, CaF2:Y

O2–: M4+O2oraz perowskity A2+M4+O3, M = Ti, Zr, Ce, Ba2In2O5, La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.8O2.85, domieszkowany Bi4V2O11 andSrFeCo0.5Ox, BaBi3O5.5, Bi2WO6

Li+: Li3N, Li3M2(PO4)3 (M=Sc, Fe), LixCoO2 (elektronowo–jonowy)

Na+: Na3Zr2Si2PO12, Na5YSi4O12, NaTi2Al5O12

K+: KTiOPO4:Nb

NH4+: NH4TaWO6

Mg2+: Mg3Bi2

Ag+: AgX (X = Cl, Br, I), Ag4RbI5

intrinsic anion lattice soft disorder & intrinsic defects

KTiOPO4:Nb = K1–xTi1–xNbxOPO4, brakujące (K+)

CaF2:Y = (CaF2)1–x(YF3)x, nadmiarowe F–

slide10

Nadprzewodnictwo /superconductivity/

Nadprzewodnik – pierwiastek lub związek chemiczny który przewodzi prąd stały (DC) bez żadnych strat (oporność jest zerowa lub tak mała, ze niemierzalna) poniżej pewnej temperatury zwanej temperaturą krytyczną (TC); oporność dla prądu zmiennego jest bardzo mała, lecz mierzalna, i zwiększa się ze wzrostem częstości prądu AC

slide11

EfektMeissnera–Ochsenfelda – wypychanie zewnętrznego pola magnetycznego poza objętość nadprzewodnika (nazwywana często idealnym diamagnetyzmem), z powodu istnienia powierzchniowych prądów nadprzewodzacych; to może prowadzić do lewitacji nadprzewodnika nad magnesem

isurf

BSC

Bext

slide12

Zwięzła Historia Nadprzewodnictwa

  • 1911 Holenderskifizyk Heike Kamerlingh Onnes z Leiden odkrywa nadprzewodnictwo w Hg @ 4 K (NN 1913)
  • 1933 Walter Meissner i Robert Ochsenfeld odkrywają efekt idealnego diamagnetyzmu (efekt M-O)
  • 1941 NbN nadprzewodzi w 16 K
  • 1957 John Bardeen, Leon Cooper, i John Schrieffer formułują teorię BCS (NN 1972)
  • 1962 Brian D. Josephson, student z Uniw. Cambridge, przewidział efekt prądów tunelowych (efekt Josephsona) (NN 1973)
  • 1964 Bill Little z Uniw. Stanford zasugerowałistnienie organicznych nadprzewodników
  • 1973 Art Sleight z f-my DuPont odkrywa Ba(Pb,Bi)O3(TC= 13K)
  • 1980 Klaus Bechgaardz Uniw. wKopenhadze zsyntezował nadprzewodzący (TMTSF)2PF6, potwierdzając przewidywania Little’a
slide13

1986 Alex Müller i Georg Bednorz (IBM,Szwajcaria)odkryli ceramicznytlenek Cu z TC = 30 K (NN 1987)

  • 1987 Zespół z Uniw. Alabama-Huntsville odkrywa YBCO (92 K)
  • 1989 Odkrycie domieszkowanego elektronami (n-) a nie dziurami (p-) NCCO (10 K)
  • 1991 Robert Haddon (Bell Labs)odkrył K3C60(18 K)
  • 1991 Smith et al. oraz Er et al. odkrywają dopowane elektronami związki infinite-layer Sr1–xLaxCuO2 (40 K) oraz Sr1–xLaxCuO2 (43 K)
  • 1992 Azuma et al. odkrywają pierwszy dopowany dziurami i-l Ca1–xSrxCuO2 (110 K)
  • 1994 C. W. Chu et al.: HgBa2Ca2Cu3O8+x@ 166 K (–107 oC) (aktualny rekord pod wysokim ciśnieniem)
  • 1994 Almamouri et al. odkrywa Sr2CuO2F2+x (46 K) (apical O)
  • 1995 Hg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33@ 138 K (aktualny rekord pod normalnym ciśnieniem)
  • 2001-2 MgB2 nadprzewodzi w 39 K (J. Akimitsu et al.)
  • 2002 Li nadprzewodzi w 20 K w ciśnieniach GPa (V. Struzhkin et al.)
  • 2002 Afera Schön’a: SCs ze “wstrzykniętym ładunkiem” i inne “nano–odkrycia”
  • 2011 RT SC ? Nobel Prize ? temperature–enforced SC ? Non–crystalline materials ?
slide16

Dlaczego to jest ważne? Użycie nadprzewodników.

Sny ludzkości i wizja futurystyczna.

  • Transport dużych gęstości prądu:
  • Linie przesyłowe (straty energii od 30% do 50% przy użyciu standardowych kabli), silniki elektryczne, transformatory
  • Czystsza planeta
  • Roczne oszczędności $ 250 mld USA i $ 6 mld Polska
  • Wytwarzanie silnych pól magentycznych (spektroskopia, medycyna, transport kolejowy)
  • Magazynowanie energii (stabilizatory mocy)
  • Ultraszybkie procesory (do 1000 GHz); pierwszy SC procesor nadprzewodzący 1 GHz 1988, klasyczny 2000
  • SQUID do detekcji ultramałych pól magnetycznych

$$$

rez=(R2+L2C2)–½ R=0

slide18

Rodziny nadprzewodników

  • pierwiastki (Nb 9.25 K, Pb 7.2 K, … Rh 0.000325 K, C nanorurki 15 K)
  • pierwiastki pod wysokim ciśnieniem (Li@60 GPa: 16–20 K, S@160 GPa: 17 K, O@100 GPa: 0.6 K, B@250 GPa: 11.2 K, Xe??? Solid H, TC > 200 K???)
  • związki chemiczne pod ciśnieniem: jodanil@52 GPa (2 K)
slide19

Nb3Ge

  • stopy metali (Nb0.6Ti0.4 – pierwszy kabel), włączając rodzinę A15 (Nb3Ge 23.2 K, V3Si 17.1 K), pierwszy transuranowy SC, PuCoGa5 18.5 K, ciężki fermion UGe2 1K, UPd2Al2 2 K, CeRu2 6 K, i rzadki ferromagnetyczny, AuIn3 0.05 K; Al55Mn20Si (25 K)

MgB2

  • wodorki: Th4H15 (8.2 K), PdH0.6 (9 K), PdD0.6 (9 K)
  • borki: ZrB12 (5.7 K), CeCo4B4 (13 K), MgB2 (39 K)
  • borowęgliki: ErNi2B2C (10.5 K), YPd2B2C (23 K)
  • węgliki: KC8 (0.4 K), Th2C3 (4.1 K), MgCNi3 (8K), MoC (13 K), Y0.7Th0.3C1.5 (18 K)
  • fullerydki: Na2Rb0.5Cs0.5C60 (8 K), Cs3C60 (40 K)
  • krzemki: (Na,Ba)xSi46 (4 K), LaPt2Si2 (10 K), V3Si (17.1 K)
  • germanki: Y3Os4Ge13 (4 K), Nb3Ge (23.2 K)
  • azotki: VN (8.2 K), NbN (16 K), Lix(HfN)Cl (25.5 K)
  • azotko-węgliki: NbN0.7C0.3 (18 K)
  • fosforki: GaP (4 K), MoRuP (15.5 K)
  • fosforko-siarczki: NbPS (12 K)

HfNCl

slide20

siarczki: PbMo6S8 (14.6 K), PbMoS3 (15 K)

  • selenki: Nb2Se3 (2 K), Mo3Se4 (5.8 K)
  • tellurki: CuTe2 (1.2 K), PdTe (4 K)
  • fluorki: Ag2F (0.06 K, warstwy Ag są SC), HgnAsF6 (4 K, łańcuchy Hg czy metaliczna Hg?)
  • chlorki, bromki: Y2C2X2 (10 K)
  • jodki: SmI2 (2 K)
  • tlenki: Sr1–xTiO3 (0.2 K), TiO (0.8 K), Sr2RuO4 (1.35 K), MxWO3 (do 5.4 K), Ba(Pb,Sb)O3 (2.8 K), Ba (Pb,Bi)O3 (13 K), (Ba,K)BiO3 (26 K), Sr2YRu0.85Cu0.15O6–x (30 K) i tlenki miedzi (oxocuprates):
  • h+-doped La1.85Ba.15CuO4 36 K, Hg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33 138 K, Tl2Ba2Ca2Cu3O10 127 K, Bi2Sr2Ca2Cu3O10 110 K, HgBa2CuO4+x 94-98 K
  • e–-doped (Nd,Ce)2CuO4 10 K, (Nd,Sr,Ce)2CuO4 35 K,
  • infinite layer (Ba,Sr)CuO2 90 K, Ca1-xSrxCuO2 110 K (h+); Sr0.9La0.1CuO2 43K (e–)
  • oxochlorki, oxofluorki (bez apical O’s): (Sr,Ca)3Cu2O4+deltaCl2–y 80 K, (Ca,Na)2CuO2Cl2 28 K, Sr2CuO2F2+x 46 K
  • organiczne: MeSeFulvalene (1.2 K), (BEDT-TTF)Cu[N(CN)2]Br (12 K), poly-(SN) 0.33 K
slide21

2:1, K2NiF4

1:1, CaTiO3

1:1, (K,Ba)BiO3

[CuO2]

1:1, Ca1–xSrxCuO2

3:1, HgBa2CuO4+x

2:1, La1.85Ba.15CuO4

1.67:1, Hg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33

slide22

Intuicja Müller’a – propagujące się zabrzenie (tzw. polaron Jahna–Tellera, h+)

LaIII2CuIIO4 LaIII(2–x)BaIIxCuII(1 – x)CuIIIxO4

W rzeczywistości…dziury wchodzą do pasma tlenowego i parują się w parę Coopera, ale…

Dokonano cudownego odkrycia na bazie złego założenia!