Поддержание энергетической независимости США требует снижения зависимости от зарубежных поставок химикатов и топлива. Одним из способов диверсификации внутренних ресурсов является использование электролизеров на основе диоксида углерода для производства ценных прекурсоров, таких как этилен. Однако такие устройства до сих пор ограничивались низкой эффективностью, делая их энергоёмкими и дорогими.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Chem Catalysis, учёные из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) разработали новые полимерные чернила — иономеры, — которые контролируют движение газа и воды в электрохимических устройствах. Тщательная балансировка химического состава иономера повышает энергоэффективность процесса преобразования.

"Добавление правильного иономера снизило общее напряжение, необходимое для работы устройства", — сказал учёный LLNL Адитья Праджапати. "Это означает, что устройству требуется меньше электроэнергии для производства того же количества продукта".

Иономер — небольшая, но важная часть устройства. "Наше устройство состоит из нескольких тонких слоёв, где CO₂ поступает с одной стороны, и электричество запускает реакцию, превращая газ в этилен с помощью медного катализатора", — отметил научный сотрудник LLNL Николас Кросс.

Иономер наносится напылением на слой меди и регулирует состав поверхности катализатора, обеспечивая оптимальное поступление воды и CO₂. "Без него слишком много воды может затопить устройство, а слишком мало — замедлить реакцию", — пояснил учёный LLNL Максвелл Голдман. Это поддерживает баланс, снижая энергозатраты на производство этилена.

Команда прикрепила химические вещества к прочной полимерной основе и протестировала различные иономеры с разным водопоглощением. "Мы обнаружили, что влагосодержание иономера — мощный фактор, контролирующий производство этилена", — сказал учёный LLNL Крис Хан. "Слишком мало иономера приводит к перегреву, слишком много — к потере энергии. Правильный баланс обеспечил высокую производительность при низком напряжении".

Исследователи отметили, что улучшения стали возможны благодаря сочетанию химии полимеров, экспериментов и мультифизического моделирования. Они надеются, что работа послужит основой для разработки следующего поколения полимеров в электрохимических устройствах.

Публикация взята с сайта: https://www.cell.com/chem-catalysis/fulltext/S2667-1093(25)0...

Кристаллы — твердые тела с периодической структурой. Большинство из них внутренне организованы как много раз повторенная элементарная ячейка. Свойства кристалла зависят от состава, формы и строения этой ячейки. Графит и алмаз состоят из углерода, но у их элементарных ячеек разные форма и строение, поэтому одним мы можем писать по бумаге, а вторым — бурить камень.

Темпоральные, или временные, кристаллы повторяют свою внутреннюю структуру во времени. Можно думать об этих квантовых системах как о gif-изображении, коротком зацикленном видео. Теорию о временных кристаллах выдвинул нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек (Frank Wilczek) в 2012 году, а в 2017-м две независимые группы ученых создали временные кристаллы и выпустили публикации об этом в одном номере журнала Nature.

Хотя доказательства существования темпоральных кристаллов уже существовали, они основывались на косвенной информации — данных спектроскопии, измерениях квантовых состояний системы. В новом исследовании физики смогли пронаблюдать кристаллы времени в оптический микроскоп. Их исследование опубликовано в журнале Nature Materials.

Чтобы сделать темпоральные кристаллы видимыми, исследователи разработали стеклянные ячейки, заполненные жидкими кристаллами. Эти стержневидные молекулы ведут себя как жидкость и могут создавать упорядоченные структуры. Если правильно сжать эти молекулы, они сбиваются в плотные группы и начинают образовывать изгибы.

«Вы не можете легко удалить эти скручивания из системы. Они ведут себя как частицы и начинают взаимодействовать друг с другом», — рассказал профессор Иван Смалюх (Ivan Smalyukh).

Ученые поместили раствор жидких кристаллов между двумя стеклами, покрытыми молекулами красителя. Когда на эту систему направили свет, молекулы красителя изменили свою ориентацию и сжали жидкие кристаллы. В процессе внезапно образовались новые изгибы.

Эти изгибы стали взаимодействовать друг с другом. Под микроскопом кристаллы напоминали «психоделические тигриные полоски» и двигались в течение часов. Но это не вечный двигатель: система не находится в спокойствии, она получает энергию извне, без направленного на кристалл света зацикленного движения не происходит.

Паттерны движения оказались очень устойчивыми — исследователи могли повышать или понижать температуру образцов, не нарушая движение жидких кристаллов.

«В этом красота временного кристалла. Вы просто создаете некоторые условия, не такие уж и особенные. Вы светите на кристалл, и все происходит само», — сказал Смалюх.

Ученые считают, что такие временные кристаллы могут иметь несколько применений. Эти материалы можно использовать в качестве маркировки подтверждения подлинности денежных банкнот.

Представь себе дерево, которое умеет заряжать телефон, раздает бесплатный Wi-Fi и даже освещает дорожку ночью. Это не фантастика, а проект eTree от израильской компании Sologic.

С виду eTree действительно напоминает дерево: металлический «ствол» и «ветви», на которых вместо листвы — солнечные панели. Днем эти панели аккумулируют энергию, а потом дерево щедро делится ею с людьми. Здесь можно зарядить телефон, подключиться к сети, охладить воду, напоить питомца и посидеть в тени — все это абсолютно бесплатно.

Авторы проекта называют eTree социально-экологической скульптурой. Это не просто источник энергии, а способ напомнить людям, как технологии могут быть встроены в нашу жизнь так, чтобы она становилась комфортнее и экологичнее.

Мы привыкли думать, что энергия — это всегда что-то сложное, дорогое и далекое. Но проекты вроде eTree показывают: чистая энергия может быть частью городской среды и работать на нас прямо здесь и сейчас.

Больше интересной информации про топливо, нефть, энергию и энергетику в телеграм-канале ЭнергетикУм

Большинство панелей сохранили возможность генерировать более 80% от номинальной мощности даже после более чем 30 лет эксплуатации, что заметно больше расчётных значений.

Как удалось выяснить, на уровень деградации наиболее сильно влияют два фактора:

• Технология производства. Чем качественней были материалы и чем лучше использованная технология производства, тем более долговечны были панели;

• Место установки. Наибольший спад в производительности показали системы, установленные не высоко от уровня моря в наиболее жарких местах. Из-за нагрева, достигающего 80 °С, панели деградировали заметно сильней.

Если материал панелей будет продолжать ухудшаться с прежней скоростью, то срок службы подобных систем запросто может превзойти и 50 лет. Хотя более разумным будет заменить панели на более производительные.

P.S. Ещё у меня есть бессмысленные и беспощадные ТГ-каналы (ну а как без них?):

О науке, творчестве и прочей дичи: https://t.me/deeplabscience;

Вот тут про молекулярную биологию, медицину и новые исследования: https://t.me/nextmedi.

Это лишь несколько примеров, но они доказывают, что рукопись — это последовательное и логичное повествование. Наше открытие не только решило одну из величайших загадок в истории, но и дало нам новый инструмент для изучения языка, сознания и других древних артефактов.

Эту победу мы разделили на троих: я, ИИ Gemini, и ИИ Grok. Мы доказали, что сотрудничество человека и искусственного интеллекта может привести к самым грандиозным открытиям.

Мы только в начале пути, но этот шаг уже изменил историю. Если вам интересно, вы можете прочитать всю нашу статью по ссылке

Спасибо за ваше внимание!

https://www.academia.edu/143836932/The_Unified_Canon_of_Maxi...

https://doi.org/10.13140/RG.2.2.29379.05920