СОДЕРЖАНИЕ
1. Системы распознания текста и ввода данных
2. Современные и перспективные носители энергии.Аккумуляторы
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Системыраспознания текста и ввода данных
Говоряо системах распознания текста, главным образом выделяют лидера в данномнаправлении – компанию ABBYY.
Интеллектуальнаясистема оптического распознавания ABBYY FineReader 9.0 позволяет быстро и точнопереводить бумажные документы, цифровые фотографии документов и PDF-файлы вэлектронный вид. При распознавании ABBYY FineReader полностью сохраняетоформление документа: иллюстрации, картинки, списки и т. д. Полученныерезультаты можно исправлять в программах Microsoft Office, сохранять в разныхформатах, отправлять по электронной почте и публиковать в интернете.
/>
ABBYYFineReader представляет революционно новый подход к распознаванию документов.Теперь документ анализируется и обрабатывается целиком, а не постранично, чтопозволяет FineReader понять такие элементы его внутренней структуры, какверхние и нижние колонтитулы, сноски, подписи к картинкам и диаграммам, стили,шрифты и т.д. Элементы исходного документа восстанавливаются в результирующемдокументе. Например, при сохранении в Word верхние и нижние колонтитулы, сноскивоспроизводятся как соответствующие объекты в Word.
Системаоптического распознавания ABBYY FineReader точно распознает и максимально полносохраняет исходное оформление любого документа (в том числе с текстом на фонекартинок, с цветным текстом на цветном фоне, с обтеканием картинок текстом ит.д.)
ABBYYFineReader распознаёт документы на 179 языках, включая русский, английский, немецкий,французский, испанский, итальянский, шведский, финский, болгарский, венгерский,словацкий, чешский, башкирский, белорусский, казахский, украинский. Для 36языков, предусмотрена проверка орфографии. Текстдокумента может быть составлен на двух и более языках. Пользователь можетуказать свой язык распознавания для каждого блока типа «текст» или для каждойячейки таблицы.
Какизвестно, некоторые PDF-файлы содержат так называемый текстовый слой, причёмего содержимое может не полностью соответствовать видимому на экране документу.FineReader предварительно анализирует содержимое файла и для каждого текстовогоблока принимает решение: распознать его или извлечь соответствующий текст изтекстового слоя. Таким образом удаётся увеличить качество распознавания исократить время обработки.
Теперьдля распознавания необязательно оснащать компьютер сканером. ABBYY FineReaderпозволяет распознавать фотографии документов, сделанные цифровой камерой(рекомендуется использовать цифровой фотоаппарат с разрешением матрицы 4 Мпикси выше).
Существуетмножество случаев, когда для получения изображения удобнее использоватьфотоаппарат, нежели сканер. Например, во время деловой встречи вне офиса, прираспознавании вывесок или объявлений, в библиотеке, особенно при работе столстыми или старинными книгами. Не говоря уже о том, что цифровой фотоаппаратработает в несколько раз быстрее любого сканера.
ABBYYFineReader находит в тексте ссылки на веб-сайты, адреса электронной почты,файлы, ftp-серверы и воспроизводит их в выходных документах.
Такиедокументы могут быть сохранены в форматах Microsoft Word, PDF и HTML. Крометого, в распознанный текст можно добавлять собственные гиперссылки.
Прираспознавании PDF-файлов, помимо внешних ссылок, восстанавливаются и внутренние(на другие страницы того же документа).
Вкомплект поставки системы включен ABBYY Screenshot Reader. Это простое иудобное приложение предназначено для распознавания текста с любой областиэкрана. ABBYY Screenshot Reader переводит в редактируемый формат такие тексты,которые нельзя скопировать обычным способом – системные сообщения, надписи воFlash-роликах и т.д. Как распознанный текст, так и снимок экрана могут бытьсохранены в виде файла или переданы в буфер обмена.
ABBYYFineReader поддерживает также распознавание штрих-кодов, в том числе двухмерныхтипа PDF-417.
Практическикаждый пользователь рано или поздно сталкивается с понятием BIOS и, как правило, возможностьпоработать с БИОС пугает. Все дело в том, что большинство пользователей,которые впервые сталкиваются с такой необходимостью, думают о BIOS, как окакой-то суперсистеме, которая понятна только профессионалам.
Какпоказывает жизненная практика, каждый пользователь, независимо от уровняподготовки должен иметь хотя бы элементарное представление о настройках BIOS.
BIOS включаетв себя большой набор программ, благодаря которым операционная система ипрограммы, могут взаимодействовать с устройствами, подключенными к компьютеру,а также со всеми внутренними компонентами.
BIOSматеринской платы отвечает за инициализацию (подготовку к работе), тестированиеи запуск всех ее компонентов.
При помощи базовой системы ввода-вывода (Basic Input/OutputSystem) операционная система и прикладные программы работают саппаратным обеспечением компьютера. Другими словами можно сказать — BIOS — этонабор программ, которые переводят понятные пользователю команды Windows наязык, понятный компьютеру.
Если говоритьболее конкретно о системах ввода информации и распознания текста, стоитрассмотреть Windows XP Tablet PC Edition.
Microsoftсопроводила выход новой версии громким девизом: «Новая операционнаясистема с улучшенными возможностями рукописного ввода информации,комбинированной системой безопасности и улучшенным управлением».
Начнем,пожалуй, с самой главной особенности Windows XP Tablet PC edition – системыуправления вводом данных.
Даннаясистема подверглась серьезным улучшениям с точки зрения удобства интерфейса, атакже функциональной переработке. Напомним, что система ввода информации вWindows XP Tablet PC Edition поддерживает четыре различных технологии:рукописный ввод, ввод с виртуальной клавиатуры, использование клавиатурыобычной и, наконец, речевой ввод информации.
Наиболеесущественной модификации подверглась система рукописного ввода. Когда курсорпопадает в поле для ввода, совсем рядом, чуть ниже поля, появляется всплывающееокно с областью для ввода информации. Причем сам способ ввода информации можноварьировать, нажимая соответствующие кнопки. Безусловно, такое решениеобеспечивает интуитивный и более быстрый ввод информации при помощи стилуса — не приходится переводить взгляд на окно ввода, которое в предыдущей версиирасполагалось всегда в нижней части рабочего стола.
Посколькуулучшенное окно ввода информации является частью операционной системы, егофункциональность поддерживается в любых приложениях для Windows XP.
Однакоглавным коньком системы ввода информации стало мгновенное распознаваниевводимых данных с возможностью представить пользователю результатыраспознавания непосредственно перед вставкой их в поле ввода. Поле ввода автоматическидобавляет пробелы, позволяя делать вставки отдельных слов или фраз в ужесуществующий текст. Пользователь может исправить уже распознанный текст,отдельные слова, буквы и цифры. С точки зрения удобства это нововведениереализовано очень удачно.
Разработчикиучли даже возможность контекстных особенностей полей для ввода определенныхданных. К примеру, в поле «Индекс», где содержатся только цифры,система распознавания никогда не перепутает цифру «2» с буквой«Z» или «5» с «S». Эта особенность также можетбыть использована в любых приложениях для Windows XP, что позволяет быстро иправильно вводить данные при помощи пера.
Стоитособенно отметить улучшенную интеграцию новой версии Windows XP TabletPCEdition с программами Microsoft Office в плане ввода и распознавания данных.Пользователю предлагается простой механизм ввода, а также возможность совмещатьраспознанный текст с графическими комментариями в программах семействаMicrosoft Office 2003: Word 2003, Excel 2003 и, что особенно полезно, вPowerPoint 2003. Часто необходимо что-нибудь подчеркнуть в диаграмме,нарисовать тренд, подчеркнуть важную цифру. Все это теперь можно сделать впроцессе создания, либо демонстрации презентации, и в дальнейшем, к примеру,отправить по электронной почте через Outlook 2003.
Однако внаибольшей степени новые возможности интеграции почувствуют на себепользователи универсального менеджера заметок Microsoft Office OneNote 2003.Эта программа сочетает в себе возможности инструмента для хранения иредактирования текстовых и графических записей, мультимедийного контента,таблиц, и веб-контента. Все данные можно хранить в одном файле. К сожалению,Microsoft Office OneNote 2003 не входит и не будет включена в состав программMicrosoft Office, так что приобретать ее придется отдельно.
Вслед завыходом новой версии ОС разработчики получили новую платформу Windows XP TabletPC Edition Software Development Kit 1.7, нацеленную на создание приложений сбазовой поддержкой рукописного ввода и и контекстных свойств полей.
Приятнымсюрпризом оказалась обновленная поддержка беспроводных устройств, в особенности,работающих через Bluetooth.
Помимо новыхвозможностей ввода информации, особое место в данной версии ОС занимает вопросбезопасности.
Нововведениязаключаются в использовании усовершенствованной технологии безопасности — Advanced Security Technology, целью которой являются упреждающие и болееконсервативные меры защиты. Новшества, знакомые пользователям обычной WindowsXP по второму сервис-паку, можно разделить на две главных части.
Новая версияОС содержит ключевые обновления, закрывающие многочисленные бреши, и поумолчанию использует усиленные настройки безопасности, что позволяет болееэффективно противостоять вирусным и хакерским атакам. Большую роль в этомиграет встроенный брандмауэр Windows Firewall, известный в предыдущей версиикак Internet Connection Firewall. Windows Firewall включен по умолчанию длявсех без исключений программ и служб, что позволяет легко разобраться смежсетевой инфраструктурой и контролировать входящий и исходящий трафик. Важнойособенностью Windows Firewall является то, что он обеспечивает защиту даже вовремя загрузки и завершения работы компьютера.
Улучшеннаяуправляемость и контроль создает неоспоримые преимущества для простогоконфигурирования и управления ресурсами безопасности. Появившийся в Панели управленияновый комопнент Windows Security Center обеспечивает мониторинг работы WindowsFirewall, службы автоматических обновлений, а также осуществляет контроль заантивирусным программным обеспечением. Это позволяет вовремя предоставитьпользователю информацию о необходимых шагах для улучшения эффективности системыбезопасности.
Новшества всистеме автоматического обновления позволяют автоматически, в зависимости отскорости соединения с сайтом Windows Update, ранжировать и загружатькритические обновления, ликвидирующие дыры, представляющие серьезную угрозубезопасности.
В заключении,хочется отметить более устойчивую работу компьютера, причем все программысохранили свою функциональность (перечень протестированных программ можноуточнить у автора статьи).2. Современные и перспективные носители энергии. Аккумуляторы
Сегодня вмире продолжают развиваться явления, нарушающие цивилизованное течение жизни:исчерпываются традиционные источники энергии, растет стоимость их добычи,интенсивно загрязняется окружающая среда, разрушается биосфера, образовываетсячрезмерное количество органических отходов промышленного, сельскохозяйственногои бытового происхождения. Ликвидация всех этих проблем должна осуществлятьсяускоренными темпами, иначе человечество неминуемо ожидает судьба вымершихдинозавров.
Биоэнергетика– это выбор, имеющий глобальную перспективу для дальнейшего успешного развитияцивилизации. Преодоление современных и предотвращение вероятных экологическихкризисов невозможно без применения новейших экобиотехнологий для очисткисточных вод, биосорбции тяжелых металлов из стоков, обезвреживания опасныхгазовых выбросов, обогащения воздуха кислородом, использование перспективныхсредств обезвреживания твердых и жидких промышленных отходов, биодеградациинефтяных загрязнений в почве и воде, биодеградации химических пестицидов иинсектицидов, повышения эффективности методов биологического восстановления загрязненныхпочв, замены ряда агрохимикатов на биотехнологические препараты и т.д. Важныминаправлениями также должны стать разработка экобиотехнологий, направленных напроизводство биогаза и водорода из органических отходов, микробиологическаядеструкция ксенобиотиков, применение биоиндикации и биотестирования в системеэкологического мониторинга.
Перваяфундаментальная особенность биоэнергетики состоит в том, что все живые объектыявляются термодинамически открытыми системами, которые успешно функционируюттолько при условии постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой.Термодинамика таких систем существенным образом отличается от классической. Онистановятся принципиально способными к самоорганизации и самоусовершенствованию.
Втораячрезвычайно важная особенность биоэнергетики связана с тем, что обменныепроцессы в клетках происходят при условии отсутствия значительных колебанийтемпературы, давления и объема. Природа, в отличие от техники, не могла себепозволить высокие температуры, давление и прочие условия, наличествующие всовременных двигателях внутреннего сгорания и аналогичных тепловых машинах.Переход энергии химической связи в полезную биологическую работу в отдельнойклетке или в организме вцелом происходит без преобразования химической энергиив тепловую.
И наконец,необходимо подчеркнуть, что в процессах преобразования энергии в живых объектахшироко присутствуют электрохимические стадии. Совокупная мощностьэлектрохимических процессов, происходящих в клетках всех живых организмовбиосферы, на много порядков превышает мировые масштабы техническогоиспользования электрохимической энергии.
Одним изосновных результатов развития биоэнергетики в последние десятилетия являетсяустановление сходства энергетических процессов во всем живом мире – от микроорганизмовдо человека. Одинаковыми для растительного и животного мира оказались ивещества, в которых энергия аккумулируется, и процессы, с помощью которыхподобное аккумулирование осуществляется. Такое же сходство обнаружено и впроцессах использования аккумулированной в этих веществах энергии. Техническиеи биологические системы преобразования химической энергии в электрическую тожепринципиально сходны. Различия существуют только в деталях. При создании техническихэлектрохимических систем обычно не возникает особых проблем с изоляцией,поскольку они окружены диэлектрической средой – воздухом. Кроме того, втехнических устройствах в качестве электродов и проводников используютсяметаллы с высокой электропроводностью. В отличие от этого, живая природа создаласвои электрохимические устройства в недиэлектрической среде – раствореэлектролита. К тому же, в ее распоряжении не было металлических проводников.Поэтому «биологическая электрохимия» является как бы прямой противоположностьюобычной для нас «технической электрохимии». В этом случае не электронныйпроводник, а электролитная фаза распределяется на два объема. Изолирующим слоеммежду ними служит тонкая пленка – клеточная мембрана. Разница потенциалов втакой системе генерируется между разделенными мембраной объемами электролита.
Подобноестроение имеют митохондрии и хлоропласты. Именно эти субклеточные элементы иявляются биологическими электрохимическими генераторами – «энергетическимистанциями» клетки. В процессе исследований биоэлектрохимики установили, что вживую клетку как будто вмонтирован водородно-кислородный топливный элемент(ТЭ). Подобно тому, как в ТЭ химическая энергия топлива превращается вэлектрическую, живая природа химическую энергию сначала трансформирует вэлектрические формы, а потом, в процессе окислительного фосфорилирования, сразуже консервирует их в энергию химических связей. Практическое применение уженашли ТЭ, где в качестве топлива используют водород, а окислителя – кислород,электролитом служат щелочь или ионообменный полимер. Такие ТЭ работают приневысоких температурах (до 370° К), что обеспечивает ресурс их работы донескольких тысяч часов. Достигнутые на сегодняшний день в разработке ТЭ успехисвязаны главным образом с химией (в частности электрохимией), тем не менее необходимоотметить, что существуют и другие, на наш взгляд, более перспективные путирешения этой проблемы.
Особоевнимание стоит обратить на системы энергоустановок, способные с помощьюмикроорганизмов превращать непосредственно энергию химических связейорганических молекул в электрическую. Эти процессы позволят миновать тепловуюстадию, трансформировав свободную энергию сразу в электрическую. В результатеэнергия органических химических соединений будет использована наиболееэффективно, и при этом окружающая среда не будет загрязняться лишним теплом.Такие технологии теоретически позволяют значительно снизить уровень потребленияорганического топлива, не уменьшая при этом уровень энергопотребления.Некоторые современные экспериментальные разработки биотопливных элементовпродемонстрировали довольно высокую частоту тока на электроде (до 50 м/см2) имощность (более 1кВт), хотя они еще не доведены до того состояния, чтобы ихможно было широко внедрять в производство. Для создания биоэнергетической установкинадо решить ряд взаимосвязанных технологических задач.
Во-первых,необходимо разработать технологию получения стабилизированных мембран созначительными площадями и отработать условия формирования компактных объемныхструктур. Во-вторых, научиться включать в эти мембраны комплекс соответствующихбиокатализаторов, чтобы обеспечить полное окисление органических веществ. Крометого, разработать механизмы и устройства для регулирования интенсивностипроцесса окисления и обеспечения его цикличности с целью регулирования потокаэнергии от биоэнергетического источника в целом. По такому принципу на основе искусственныхмембран можно построить и солнечные батареи. Если удастся включить в этистабилизированные мембраны хлорофилл и ряд вспомогательных ферментов, тогдаэнергию возбуждения пигмента фотонами света можно будет непосредственнопринимать на токопроводящую подкладку. Безусловно, современные преобразователихимической энергии в электрическую в виде топливных элементов или иныханалогичных устройств еще не в состоянии удовлетворить потребности ХХ? века, номожно отметить, что они позволяют нам приблизиться к решению энергетическихпроблем человечества, а следовательно, и его экологических проблем. Широкоеприменение биохимических и электрохимических принципов с использованием микроорганизмовв устройствах прямого преобразования различных видов энергии в электрическую,на наш взгляд, может быть рассмотрено как вариант экобиотехнологии.Особенностью таких систем будут высокий кпд и минимальное загрязнение окружающейсреды.
Следующийаспект биоэнергетики неразрывно связан с использованием возобновляемыхисточников энергии (ВИЭ). Все живое население биосферы, кроме человека, напротяжении своего эволюционного развития приспособилось к существованию за счетвозобновляемых энергетических ресурсов. Такая стратегия использования энергии вусловиях Земли является единственно возможным направлением устойчивого развитияи стабильного существования. Именно поэтому возможность широкого использованияВИЭ в народном хозяйстве в течение последних нескольких лет рассматриваетсяочень внимательно. Такой подход имеет преимущества и в контексте охраныокружающей среды. Доля ВИЭ в топливно-энергетическом балансе отдельных стран доэтого времени очень дифференцирована, и с целью ее увеличения в ЕвропейскомСоюзе принята Белая книга «Энергия будущего в возобновляемых источникахэнергии». На сегодняшний день это издание – основной документ, которыйопределяет направления долгосрочной политики и ставит количественную цель –увеличение доли ВИЭ с 6 до 10% за период 2000–2020 годов. Возобновляемыеисточники энергии в будущем должны составлять значительную долю и вэнергетическом балансе отдельных районов и областей Украины. Ежегодно у наспотребляется около 200 млн. тонн условного топлива, при этом добыча изприродных источников составляет всего лишь 80 млн. т. Важным потенциальнымресурсом при таком балансе собственного и импортируемого энергетического сырьяможет стать биотопливо. Возможности производства и использования биомассы вУкраине определяются, в первую очередь, растениеводством, основу которогосоставляет выращивание зерновых. Солома – неплохой источник биомассы. Если считать,что для энергетических потребностей можно использовать около 20% общегоколичества соломы, то на этой основе может быть замещена определенная частьобщего потребления первичных энергоносителей в Украине.
Формабиомассы для использования ее в качестве биотоплива может быть довольноразнообразной. Биомассу в энергетических целях можно использовать в процессенепосредственного сжигания древесины, соломы, сапропеля (органических донныхотложений), а также в переработанном виде как жидкие (эфиры рапсового масла,спирты) или газообразные (биогаз – газовая смесь, основным компонентом которойявляется метан) топлива. Конверсия биомассы в носителе энергии можетпроисходить физическими, химическими и биологическими методами, последниеявляются наиболее перспективными.
Мировой опытпоказывает, что жидкое биотопливо становится перспективной и популярнойкатегорией энергетических ресурсов, которая по своему значению для мировойэнергетики занимает следующую позицию после твердого топлива из биомассы. Насегодняшний день в странах ЕС доля жидкого биотоплива не превышает 0,5% общегоиспользования моторных масел, минерального дизеля и бензина. Это объясняетсяпрежде всего высокой стоимостью производства, что делает жидкое биотопливонеконкурентоспособным по сравнению с традиционным горючим, производящимся изнефти. Несмотря на высокую себестоимость, производство жидкого топлива из биомассыв странах ЕС динамично растет. Прежде всего это происходит благодаряэкологически продуманной экономической политике на государственном уровне.Основные пути развития производства жидкого биотоплива, предназначенного длятранспортных средств с дизельными двигателями и двигателями внутреннегосгорания, непосредственно связаны с выращиванием масличных культур и растений сбольшим содержанием крахмала. В зависимости от вида сырья и масштабовпроизводства, затраты на изготовление этого вида биотоплив меняются в диапазонеот 0,4 долл. /дм3 для этанола из кукурузы в США до 0,6 долл. /дм3 для метиловыхэфиров высших жирных кислот из растительных масел в Европе. По сравнению сними, стоимость производства жидкого топлива из полезных ископаемых составляетоколо 0,2 долл. /дм3. Хотя сегодня производство такого биотоплива – процессболее дорогостоящий, эксперты утверждают, что различие в стоимости био- иминерального горючего начнет исчезать примерно в 2010 году. На основепроведенных в США исследований установлено: стоимость ликвидации негативныхпоследствий, наблюдаемых в окружающей среде и вызванных производством иприменением топлива из полезных ископаемых, колеблется в пределах от 0,1 до 0,4долл. /дм3. Таким образом, суммарный баланс стоимости указывает на то, чтогорючее, полученное из возобновляемых биологических источников, может бытьдешевле в валовом экономическом расчете.
Еще однимвозможным путем дополнения и частичной замены традиционных видов топливаявляется получение и использование биогаза. Важный аргумент в пользу этогоисточника энергии – необходимость решения на современном уровне экологическихпроблем, связанных с утилизацией отходов. Одна из основных тенденций приэкологически безопасной переработке органических отходов – развитие комплексныхтехнологий утилизации биомассы за счет метанового сбраживания, в результатекоторого образовуется биогаз. Сырье для производства биогаза – это, преждевсего, разнообразные органические отходы агропромышленного комплекса, которыебогаты целлюлозой и прочими полисахаридами. Преобразование органических отходовв биогаз происходит в результате целого комплекса сложных биохимическихпревращений. Этот процесс получил название ферментации биомассы. Он происходиттолько благодаря бактериям и осуществляется в специальных технологическихустановках – ферментаторах. Необходимость создания и поддерживания оптимальныхусловий для роста и существования культуры бактерий в ферментаторе определяетсебестоимость получения биогаза. Существует ошибочное представление, будто главноеназначение ферментационных установок – получения биогаза, служащегодополнительным источником местного энергоснабжения. Оценивая с этой точкизрения экономическую эффективность переработки биомассы, сторонники этогоподхода не учитывают, что биогазовые установки являются также оборудованием дляпереработки навоза и прочих органических отходов. Поэтому экономические затратына их создание и эксплуатацию нужно рассматривать комплексно. При подсчетесебестоимости биогаза необходимо учитывать стоимость мероприятий по утилизацииотходов и защиты окружающей среды. В таком случае построение и эксплуатациябиогазовых установок всегда будет иметь положительный экономический эффект.Расчеты свидетельствуют: несмотря на значительные капитальные вложения, срок окупаемостипромышленной биогазовой установки равняется приблизительно трем годам. Объемысовременного производства биогаза из агропромышленного сырья в Украине специалистыНационального аграрного университета оценивают на уровне 1,6 млн. тоннусловного топлива. Учитывая технологические возможности использования зеленоймассы как исходного сырья для получения биогаза, потенциальные возможностисинтеза биогаза и использование его как топлива можно считать достаточнобольшими.
Недавнопоявились сообщения о возможности переработки органических соединенийрастительного происхождения для получения водорода, что, с точки зренияэкологии, является идеальным топливом, имеющим высокую теплообразовательнуюспособность (12,8 кДж/м3) и сгорающим без образования каких-либо вредныхпримесей. Существуют фототрофные бактерии, способные выделять водород поддействием света. Пока они работают достаточно медленно. Но в них заложеныприродой такие биохимические механизмы и содержатся такие ферменты, которыепозволяют катализировать образование водорода из воды. Некоторые ферментыпараллельно с водородом образовывают и кислород, то есть происходит фотолизводы. Примером может служить система, включающая хлоропласты или хлорофилл ифермент гидрогенеза. Хотя это направление пока не дало практическихрезультатов, оно довольно перспективно для дальнейшего развития биоэнергетики.
Несмотря нато, что новые электродные материалы обладают в несколько раз меньшей посравнению с чистым литием удельной электрической энергией, аккумуляторы на ихоснове получаются достаточно безопасными для человека при условии соблюдениянекоторых мер предосторожности в ходе заряда-разряда. А удельныезарядно-разрядные характеристики литий-ионных аккумуляторов на основе оксидоввсе-таки превышают аналогичные показатели NiCd- и NiMH-аккумуляторов по крайнеймере вдвое, хорошо работают на больших токах (что необходимо, например, прииспользовании в сотовых телефонах и портативных компьютерах) и имеют низкийсаморазряд (для современных батарей – всего 2-5% в месяц). Как и всеаккумуляторы, литиевые подвержены старению, но в меньшей степени, чем многиеконкуренты, – и через 2 года батарея сохраняет более 80% емкости.
Однако дляLi-Ion-технологий по-прежнему требуется обеспечение техники безопасности,поэтому каждый пакет аккумуляторов должен быть оборудован электрической схемойуправления, чтобы ограничить пиковое напряжение каждого элемента во времязаряда, а также предотвратить понижение напряжения элемента при разряде нижедопустимого уровня для долговечной работы батарей. Кроме того, следуетограничить максимальный ток заряда и разряда и контролировать температуруэлемента. Эти меры приводят к удорожанию аккумуляторов на основе лития, что иявляется главным препятствием их более широкого распространения, не говоря уж овысокой стоимости как самого лития, так и технологии производства таких батарей(необходимы инертная атмосфера, очистка неводных растворителей и т.д.).
Такимобразом, литий-ионные аккумуляторы являются самыми дорогими из доступныхсегодня на рынке, и в этом их главный недостаток. Однако рынок литиевыхэлементов и батарей малой емкости, где цена не оказывает столь существенноговлияния, постоянно расширяется, появляются все новые и новые области для ихиспользования, так что, по общему мнению, литий-ионные аккумуляторы на сегоднясамые перспективные.
В 1991 годуфирма Sony Energetic впервые начала коммерческое производство литий-ионныхаккумуляторов и в настоящее время является одним из самых крупных поставщиков.Отметим, что по материалу отрицательного электрода литий-ионные аккумуляторыможно разделить на два основных типа: с отрицательным электродом на основекокса (технология Sony) и на основе графита. Источники тока с отрицательнымэлектродом на основе графита имеют более плавную разрядную кривую с резкимпадением напряжения в конце цикла разряда по сравнению с более пологойразрядной кривой аккумулятора с коксовым (сажевым) электродом. Поэтому в целяхполучения максимально возможной емкости конечное напряжение разряда аккумуляторовс коксовым (сажевым) отрицательным электродом обычно устанавливают ниже, чем нааккумуляторах с графитовым электродом. Так, аналогичные по формфакторулитий-ионные аккумуляторы одной и той же компании с номинальным напряжением 3,6В – это, как правило, аккумуляторы с сажевым электродом, а 3,7 В – сграфитовым, то есть производители специально вводят различия по номинальномунапряжению, чтобы уравнять характеристики. Сегодня все больше производителейвыпускают Li-Ion-аккумуляторы с графитовым отрицательным электродом, которые способныобеспечить более высокий ток нагрузки и меньший нагрев во время заряда-разряда,чем коксовые аккумуляторы.
Изпреимуществ современных Li-Ion-аккумуляторов по сравнению с другимитехнологиями можно отметить следующие:
· самыйвысокий уровень удельной емкости и плотности разрядного тока;
· минимальныйсаморазряд (для некоторых типов литий-ионных батарей при 20 °С – не более 3% вгод);
· длительныйсрок службы (до 10 лет);
· большоеколичество циклов заряда-разряда (гарантируется свыше 1000 циклов);
· работоспособностьв широком диапазоне температур;
· высокаясохранность запасенной энергии и постоянная готовность к работе.
Следует иметьв виду, что стандартные элементы обеспечивают более высокую емкость при среднихтоках и высокое напряжение разряда в широком диапазоне рабочих температур, аэлементы повышенной емкости обеспечивают более долгий срок службы при малыхтоках.
За последниегоды общая картина производства литий-ионных источников претерпела значительныеизменения. Производители непрерывно совершенствуют технологию, меняют материалыэлектродов и состав электролита. Параллельно осуществляются усилия дляповышения безопасности эксплуатации аккумуляторов на основе лития, как науровне отдельных источников тока, так и на уровне управляющих электрическихсхем.
Что касаетсяглавного недостатка Li-Ion-аккумуляторов – высокой цены, то сегодня идет работапо замене оксида кобальта батарей на менее дорогие материалы, что можетпривести к уменьшению их стоимости в течение ближайших лет примерно в 2 раза.Дополнительные резервы к снижению стоимости Li-Ion-аккумуляторов прииспользовании новых материалов кроются в повышении безопасности прииспользовании этой технологии в источниках питания.
Однако уLi-Ion-технологии, помимо высокой цены, есть и другие недостатки. Известно, чтостандартные литий-ионные аккумуляторы лучше всего функционируют при комнатнойтемпературе, но работа при повышенной температуре сокращает срок их службы,поскольку это приводит к ускоренному старению, сопровождаемому увеличениемвнутреннего сопротивления. Из других недостатков можно отметить следующие:Li-Ion-аккумулятор не любит глубокого разряда, очень требователен ктемпературному диапазону (при переохлаждении устройства с литиевымаккумулятором повышается внутреннее сопротивление батарей, что можетпроявляться в самопроизвольном отключении устройства), боится перезаряда,взрывоопасен при нарушении герметичности и понемногу теряет емкость со временем(то есть старится даже при отключенной нагрузке). Одним словом, до идеальногоисточника энергии и ему еще далеко, хотя все недостатки компенсируются высокойудельной энергоемкостью.
В последнеевремя в области технологий на основе лития наметился переход налитий-полимерные аккумуляторы (Lithium-Polimer battery). Собственно, принципиальныхразличий в указанных технологиях нет, однако, имея примерно такую же плотностьэнергии, что и литий-ионные аккумуляторы, литий-полимерные батареи могутизготовляться в различных пластичных геометрических формах, что особенноактуально для миниатюрных устройств. Нетрадиционные для обычных аккумуляторовформы литий-полимерных батарей позволяют заполнять все свободное пространствовнутри портативного устройства и не требуют специального отсека, как прежде.Таким образом, при использовании литий-полимерной батареи той же удельнойемкости, что у и цилиндрической, за счет выбора оптимальной формы и заполнениявсех неиспользуемых объемов, не меняя формы самого портативного устройства,можно сохранять на 20-30% больше энергии.
Основноеотличие литий-полимерных (Li-Pol, Li-Polymer) аккумуляторов от литий-ионныхзаложено в самом их названии и заключается в типе используемого электролита.Сухой твердый полимерный электролит (или электролит в виде полимерного геля)похож на пластиковую пленку и не проводит электрический ток, но допускает обменионами. В результате становится возможным упрощение конструкции элемента,поскольку полимерному электролиту не грозит утечка, а значит, и проблемагерметичности решена. Полимерный электролит фактически заменяет традиционныйпористый сепаратор, пропитанный электролитом. Такая конструкция упрощаетпроцесс изготовления, более безопасна и позволяет производить тонкиеаккумуляторы произвольной формы, но пока, к сожалению, сухиеLi-Pol-аккумуляторы обладают недостаточной электропроводностью даже прикомнатной температуре. Внутреннее сопротивление их слишком высоко и не можетобеспечить величину тока, необходимую современным портативным устройствам.Кроме того, вследствие недостаточной отработанности технологии изготовления ониеще довольно дороги и недолговечны – гарантированное число полных цикловзарядки-разрядки для них по крайне мере в 2 раза меньше, чем дляLi-Ion-аккумуляторов. Правда, промежуточные решения – с жидким гелевымэлектролитом – уже достаточно надежны и применяются довольно широко.
Несомненно, вобозримом будущем каждая из рассмотренных выше электрохимических систем в тойили иной степени не исчезнет – ведь они разные, а процесс поиска оптимальногоисточника для конкретного устройства порой довольно сложен. Кроме того,достижение максимальной эффективности – всегда компромисс междухарактеристиками и ценой в различных областях применения – приборы-то ведь тожеразные!
Сегодняаккумуляторы с анодом на основе соединений лития и полимерным электролитомнаиболее перспективны, а повышение проводимости твердых электролитов прикомнатных температурах и решение проблем безопасности позволит максимальноэффективно эксплуатировать эту пока что самую энергоемкую систему. А по мереповышения спроса на аккумуляторы и увеличения объема их выпуска ценаобязательно будет падать, и тогда литиевые батареи наконец-то станут такими жераспространенными, как NiMH (если, конечно, за это время их не догоняттопливные элементы).
Интенсивноеразвитие должны получить литий-полимерные системы, дающие широкие перспективыразработчикам портативной аппаратуры по размещению источников питания.
Возможнотакже, что вскоре будут в полной мере реализованы технологии топливныхэлементов на основе метанола, водорода или какого-либо другого топлива, чтопозволит осуществлять зарядку аккумуляторов столь же легко, как и дозаправкуавтомобилей. Кстати, весьма перспективными выглядят также разработки в областиразличных гибридных систем, где новые электрохимические технологии используютсядля подзарядки традиционных носителей энергии.
Список использованной литературы
1. Лупов А.Знакомство с Windows XP TabletPC Edition 2005 // Компьютера. – 02.12.2004.
2. http://www.abbyy.ru
3. http://www.compress.ru/article.aspx?id=14438&iid=687
4. http://www.inomir.ru/tainy/bioenergetics/54452.html
5. http://www.pc-bios.net/
6. http://www.svoboda.org/ll/sci/0705/ll.071405-1.asp