Коллектив ученых из Стэнфордского университета, США, создал мембрану на основе композитных микроволокон, которая при наргреве до определенной температуре плавится и выпускает в раствор концентрированное вещество-пламегаситель. Такое устройство, установленное в обычный литий-ионный аккумулятор, не снижает его рабочих характеристик, но в случае возгорания ликвидирует пламя за доли секунды. Новая работа опубликована в Science Advances.
Традиционные литий-ионные аккумуляторы сейчас широко используются практически во всех мобильных электронных устройствах. Несмотря на их относительную дешевизну и высокую энергоэффективность они представляют определенную опасность для пользователей, так как содержат очень горючие вещества, такие как этиленкарбонат или диэтилкарбонат. В случае короткого замыкания температура батареи локально возрастает, что может привести к возгоранию. Для снижения пожароопасности аккумуляторов в них пробовали добавлять пламегасители, однако это снижало эффективность работы устройства. Авторы новой работы решили эту проблему за счет использования композитных материалов, работающих по принципу экстренного огнетушителя.
Исследователи создали микроволокно с характерной структурой «ядро-оболочка»: внутри нитей находился концентрированный пламегаситель (трифенилфосфин), а оболочка состояла из инертного полимера, не дававшего содержимому волокна раствориться в аккумуляторном электролите и тем самым навредить работе батареи. Механизм действия трифенилфосфина основан на активном поглощении свободных радикалов — активных частиц, ответственных за цепную реакцию распространения пламени. Защитный полимер подбирался таким образом, чтобы при нагреве оболочка нити легко плавилась и выпускала пламегаситель в раствор. В итоге ученые остановились на материале с тепературой плавления 160 градусов Цельсия.
Для теста нового метода мембрану, сотканную из композитного волокна, авторы помещали в качество штатного разделителя в типичном литий-ионном аккумуляторе с графитовым анодом. При этом оказалось, что в нормальном режиме работы аккумулятора лишь четыре процента пламегасителя просачивалось в раствор, что практически не сказывалось на работе системы. Чтобы удостовериться, что в случае пожара «огнетушитель» действительно сработает, авторы подожгли мембрану, смоченную легкогорючим электролитом обычной зажигалкой: пламя сбилось за 0,4 секунды.
По словам авторов, их система может уже сейчас быть использована в промышленном производстве аккумуляторов, так как композитное микроволокно синтезируется при помощи простого электропрядения (
). Помимо литий-ионных аккумуляторов для мобильной электроники новые мембраны могут найти применение и в других устройствах, таких как суперконденсаторы. Проблема пожароопасности аккумуляторов особо остро проявилась в партии устройств Samsung Galaxy Note 7 в 2016 году, что вынудило компанию
устройства, а также породило волну
в социальных сетях.
Тарас Молотилин
Он пригодится на Марсе, Луне и ледяных спутниках планет-гигантов
Инженеры разработали концепцию робота для будущих миссий по изучению пещер на Марсе, Луне и ледяных спутниках планет-гигантов. Проект ReachBot описывает устройство с несколькими конечностями, которые способны раскладываться и дотягиваться до удаленных точек, на которых можно закрепиться с помощью захвата с металлическими шипами, сообщается в отчете NASA. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера С тех пор как орбитальные исследовательские аппараты подтвердили существование пещер под поверхностью Марса и Луны, ученые не перестают размышлять над их полноценным исследованием. Помимо ценной информации об истории формирования небесного тела, в пещерах, куда не проникают ультрафиолетовые солнечные лучи и космические заряженные частицы, могли бы сохраниться и следы внеземной жизни. До последнего времени все подвижные роботы, предназначенные для изучения других планет, разрабатывались с расчетом, что они будут передвигаться только по сравнительно ровной поверхности. Поэтому они имеют относительно простое четырех- или шестиколесное шасси, которое устойчиво и не требует много энергии, но, к сожалению, не позволяет передвигаться по крутым каменистым склонам и скалам, и потому не подходит для исследования пещер. Инженеры под руководством Марко Павоне (Marco Pavone) из Стэндфордского университета уже несколько лет работают над многоэтапным проектом ReachBot для NASA, развивающим концепцию робота, способного перемещаться по пещерам и скалам со сложным рельефом, недоступным для других видов роботов при разных уровнях гравитации. Его главная особенность заключается в необычном способе передвижения. Вместо колес или ног у него есть несколько гибких удлиняющихся конечностей, на конце которых располагаются захваты с множеством мелких металлических шипов, которые цепляются за малейшие неровности на каменной поверхности. Аналогичный способ удержания на вертикальных поверхностях применялся в прототипе робота-скалолаза LEMUR, разработанном Лабораторией реактивного движения NASA. За счет металлических шипов робот может удерживать свое положение, распределив свой вес между несколькими конечностями, пока подыскивает следующую точку опоры для одной из них. Ожидается, что ReachBot сможет передвигаться не только по стенам и потолку, но и по полу как обычный ходячий робот. Однако на данной стадии проектирования конкретной конструкции для конечностей еще нет. Разработчики оценили параметры робота для миссии по исследованию марсианской лавовой трубки с высотой от пола до потолка порядка 30 метров. Это должно быть устройство массой около 10 килограмм, с восемью конечностями, способными развертываться до 20 метров в длину, оборудованное камерами и лидаром для навигации и прокладывания маршрута, а также для картографирования окружения. На предыдущих этапах были разработаны алгоритмы движения робота на плоскости, а также построен примитивный прототип ReachBot. В качестве четырех конечностей на нем используются стальные измерительные рулетки, оснащенные механизмом поворота, который позволяет «наводить» их на объект. После чего другой механизм раскручивает рулетку, на конце которой расположен захват с металлическими шипами. Робот умеет определять положение предметов вокруг с помощью визуальных меток, дотягиваться до них конечностями, ухватываться с помощью захватов и подтягивать себя в нужном направлении. В будущем разработчики планируют построить версию, которая способна двигаться в трехмерном пространстве. https://www.youtube.com/watch?v=Q6uvS_19OcA Существуют и другие концепции исследования инопланетных пещер, куда нет доступа колесных роботам. Одна из них предполагает использование нескольких четвероногих роботов Spot Mini. Каждый из членов группы будет отличаться от других, иметь свою роль и помогать другим.