电力/性能:3月21日

微小的氧化还原流体电池的芯片

苏黎世联邦理工学院的研究人员和IBM苏黎世研究建立了一个小氧化还原流体电池成堆的供电和冷却能力的芯片。

流体电池,一个电化学反应用于发电的两种液体电解质,这是泵通过一个封闭的电解质电池以外的循环。这种电池通常用于大型固定储能应用程序。

“芯片有效操作的液体燃料和生产自己的电力,”说Dimos Poulikakos,苏黎世ETH热力学教授。因为科学家们使用两种液体已知适合流体电池电解质,冷却介质也影响,多余的热量从芯片也可以消散堆栈通过相同的电路。

电池由科学家们大约是1.5毫米厚。这个想法将组装芯片栈一层一层地:一个芯片,然后薄电池微细胞芯片供应电力和冷却,紧随其后的是下一个芯片等等。

新micro-battery达到创纪录的高的输出的大小:1.4瓦特每平方厘米的电池表面。减去所需的功率泵液体电解质的电池,由此产生的净功率密度是1瓦每平方厘米。

渠道网络确保液体电解质完全穿透多孔电极和电化学反应。(来源:Marschewski et al . 2017年能源和环境科学,改编)

研究还表明,电解质液体冷却芯片的能力,并能多次散热大量电池产生电能。

虽然新的微流电池的功率密度非常高,产生的电力仍然没有完全足以操作电脑芯片。为了使流体电池芯片用于堆栈,它必须进一步优化。

科学家指出,其他应用程序的新方法也很有趣:在激光,例如,需要提供能源和冷却;或太阳能电池产生的电力可以被直接存储在电池和使用后在需要的时候。系统也可以太阳能电池的工作温度保持在理想的水平。

将数据存储在DNA

研究人员在哥伦比亚大学和纽约基因组中心DNA编码2 mb的数据使用更有效的纠错阅读和写作过程,导致错误检索。

团队选择了六个文件编码DNA:实在操作系统,1895年法国电影,“La Ciotat火车的到来,”一个50美元的亚马逊礼品卡,电脑病毒,先锋斑块和理论家克劳德·香农在1948年的研究信息。

压缩文件到一个主文件,然后把数据分割成短的二进制代码字符串由1和0组成的。使用一个erasure-correcting算法称为喷泉码,他们随机字符串打包到所谓的水滴,和每个液滴的1和0映射到四核苷酸碱基的DNA: A、G、C、t .已知算法删除字母组合来创建错误,并添加一个条形码滴帮助重组后的文件。

,他们生成一个数字72000股DNA的列表,每个长200基地,并把它在一个文本文件送到旧金山DNA合成启动时,生物科学,专门将数字数据转化为生物数据。两周后,他们收到了瓶一点点DNA分子。

检索他们的文件,他们使用现代测序技术来读取DNA链,其次是软件的遗传代码翻译成二进制。他们恢复文件零错误,该研究报告。

他们也证明了一个几乎无限数量的副本,文件可以创建与编码技术通过增加他们的DNA样本聚合酶链反应(PCR),这些副本,甚至他们的副本,副本等等,可以恢复错误。

一克的DNA的能力持有215 pb的数据使用团队的编码策略。DNA数据存储的能力在理论上是为每个核苷酸两个二进制数字有限,但生物DNA本身的限制和需要包含冗余信息重组和阅读片段后降低其每核苷酸基础1.8二进制数字的能力。

团队运用喷泉码,使阅读和写作过程更有效率。与他们的DNA喷泉技术,团队平均1.6比特编码到每个基本核苷酸——至少60%更多的数据比以前公布的方法,和接近1.8一些限制。

成本仍然是一个障碍。研究人员花了7000美元来合成DNA他们用来存档2 mb的数据,而另一个2000美元来阅读它。虽然DNA测序的价格指数下降,需求可能没有相同的DNA合成,Sri Kosuri说,加州大学洛杉矶分校生物化学教授他并没有参与这项研究。“投资者可能不愿意很多钱来降低成本风险,”他说。

但可以大大减少DNA合成的价格如果生产低质量的分子,DNA喷泉和编码策略用于修复分子错误,一个根据Yaniv埃利希在哥伦比亚大学计算机科学教授。“我们可以在电脑上做更多的繁重的负担分子编码耗时,”他说。

玻璃电解质

德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员开发了一个全固态电池低成本且不燃,有很长的循环寿命高体积能量密度和快速充电和放电。

领导的团队,John Goodenough,锂离子电池的发明者之一,证明了他们的新电池至少三倍作为今天的锂离子电池的能量密度。电池配方还允许更多的充电和放电周期,相当于更持久的电池,以及更快的充电(几分钟而不是几小时)。

而不是易燃的液体电解质在锂离子电池,研究人员依靠玻璃电解质,使碱金属阳极的使用没有树突的形成,“金属胡须”,可以形成一个跨接液体电解质和导致短路。的使用碱金属阳极(锂、钠或钾)也会增加阴极的能量密度和长循环寿命。在实验中,研究人员已经证明了超过1200次的细胞细胞较低阻力。

另外,因为固体玻璃电解质可以操作,或者有很高的电导率,在-20摄氏度,这种类型的电池在汽车可以在低温天气程度表现良好。根据团队,这是第一个全固态电池可以在60摄氏度下运行。

另一个优势是,电池可以用环保材料做的。《玻璃电解质可以替代低成本锂钠。钠是广泛使用,从海水中提取“玛利亚海伦娜布拉加说,奥斯汀德州大学高级研究员。

研究人员正在研究几个专利。在短期内,他们希望与电池制造商合作,开发和测试他们的新材料在电动汽车和能源存储设备。