«Суперконденсаторы нового поколения», «Экокатализатор», и другие изобретения: обзор-2022

В мире существует множество наград за научные достижения, чтобы привлечь внимание и подстегнуть интерес людей к науке, медицине и технологиям, такие как Нобелевская премия, премия Альберта Эйнштейна, премия Вольфа и др., в том числе Шнобелевская премия - за самые нелепые, необычные и остроумные исследования.

Среди изобретений также ежегодно выделяют самые выдающиеся и перспективные, а их авторов-разработчиков чествуют и награждают на соответствующих мероприятиях.

Например, церемония награждения лучших изобретателей «European Inventor Awards 2022» состоялась в Мюнхене. На церемонии были отмечены такие изобретения, как «Жидкометаллическая батарея для хранения возобновляемой энергии», «Суперконденсаторы нового поколения», «Экокатализатор».

Жидкометаллическая батарея для хранения возобновляемой энергии

Изобретатель жидкометалличекой батареи - профессор химии Массачусетского технологического института, американец канадского происхождения Дональд Садовэй много лет работает над созданием недорогих и эффективных батарей, основанных на возобновляемый природных ресурсах.

Не секрет, что литий-ионные аккумуляторы доминируют в приложениях для портативных электронных устройств и электромобилей. Из-за их относительно высокой энергоплотности они хорошо зарекомендовали себя на рынке. Однако такие факторы, как стоимость, безопасность ограничивают их долгосрочное и крупномасштабное применение. А требования для батарей растут, ограничения на мировые поставки лития предвещают резкий рост цен. Из-за того, что они зависят от легковоспламеняющихся органических электролитов, литий-ионные батареи представляют собой серьезную проблему безопасности, в связи с тем, что доля электромобилей на рынке все увеличивается и увеличивается.

Опубликованное в международной заявке WO 2022225621 A1 изобретение относится к перезаряжаемым, самонагревающимся алюминиево-халькогенным аккумуляторам с электролитами из расплавленных солей на основе галогенидов щелочных металлов, снабженным отрицательным электродом из алюминия или алюминиевого сплава, положительным электродом из элементарного халькогена и смесью хлоридных солей, образующих расплавленный солевой электролит. Преобладающей хлоридной солью в электролите является хлорид алюминия. Дополнительные хлоридные соли выбирают из щелочных хлоридов металлов. Ячейка работает при умеренно повышенных температурах, в диапазоне от 90°C до 250°C.

Такая быстро перезаряжаемая батарея имеет срок службы более 20 лет, может поддерживать 99% своей мощности в течение 5 000 циклов зарядки и не имеет горючих материалов, что означает отсутствие риска возгорания.

Суперконденсаторы нового поколения

Суперконденсаторы нового поколения изобретены эстонцами Яаном Лейсом, Мати Арулеппом и Анти Перксоном на базе компании Скелетон Технолоджис.

Ученые представили устройство, похожее на батарею, которое может быстро обеспечивать большие, короткие всплески энергии, и не содержит токсичных материалов.

В WO 2012032407 A2 раскрыт способ изготовления электрохимической системы электрического двухслойного призматического конденсатора из электрически соединенных параллельно полунамотанных пакетов микро/мезопористых углеродных композиционных пар электродов, разделенных пористой клеткой. Согласно данному способу предварительно изготовленная углеродная пленка будет покрыта слоем алюминиевой фольги методом вакуумного напыления, образуя токосъемник электрохимической системы. Затем формируют пары электродов из углеродного композитного электрода, которые наматывают или переворачивают в плоские пакеты так, что концы токосъемников, выступающие из сложенных пакетов, соединяют между собой параллельно, после чего концы токосъемников соединяют соответственно с плюсом и минусом, при этом клемма отрицательного тока электрического конденсатора с двойным слоем.

Чтобы улучшить мощность и плотность энергии суперконденсаторов, далее были оптимизированы свойства материала, называемого изогнутым графеном, одним слоем атомов углерода, принимающего форму смятого листа бумаги. Это позволило расширить более высокую площадь поверхности на электроде и дать более высокую плотность для передачи мощности. Результатом становится так называемый ультраконденсатор, который может заряжаться в течение 15 секунд и выдерживать более миллиона циклов зарядки. Обладая высокой химической чистотой, он не содержит токсичных материалов, обычно встречающихся в других технологиях изготовления конденсаторов, таких как кобальт, литий. Такая технология обеспечивает надежность и ограничивает отрицательное воздействие на окружающую среду. По результатам тестирования выявилось, что ультраконденсаторы приводят к экономии электроэнергии до 30%.

Технология очень заинтересовала транспортную и электросетевую отрасли, так как позволит промышленности уменьшить свою зависимость от ископаемого топлива и сделать шаг вперед в борьбе с изменением климата.

Экокатализатор

Экологический катализатор изобрела француженка Клод Гризон. Она является профессором университета и директором по исследованиям Французского национального центра научных исследований.

Клод Гризон предложила использовать растения для извлечения металлических элементов из загрязненной почвы, а затем использовать эти элементы в качестве «экокатализаторов» для создания новых молекул.

Изобретение согласно патенту US 11254597 B2 раскрывает способ получения материала растительного происхождения, богатого фенольными кислотами, включающего, по меньшей мере, один металл, включающий: получение материала растительного происхождения, выбранного из: водных растений; материалов, богатых дубильными веществами; материалов, богатых лигнином; и получение материала растительного происхождения, богатого фенольными кислотами, в котором отношение интенсивности полосы колебаний связи C═O группы COOH и интенсивности каждой из полос колебаний ароматического кольца, определенной в FT-IR, составляет от 0,5 до 4. Материал растительного происхождения приводят в контакт со сточными водами, содержащими от 0,1 до 1000 мг/л по меньшей мере одного металла, получая таким образом материал растительного происхождения, богатый фенольными кислотами, содержащий от 1 до 30 мас.% по меньшей мере одного металла относительно общего веса материала.

Данный метод позволяет повышать ценность загрязненных земель, обеззараживая их за счет извлечения токсичных металлов, и обеспечивает новый источник катализаторов, которые могут быть использованы для производства биоразлагаемых пластмасс, антимитотиков, используемых в лечении рака, закрытой ДНК и РНК, косметики и ключевых промежуточных продуктов для тонкой химии.

По сути своим изобретением Гризон объединила ботанику и химию, она нашла оригинальный способ решения двух проблем одновременно. Во-первых, технология может помочь химической промышленности снизить воздействие на окружающую среду, во-вторых, используется новый источник сырья. На сегодняшний день выпущен репеллент от комаров с ингредиентами, изготовленными путем экокатализа по данному изобретению.

Стоит отметить, что 2022 год стал довольно продуктивным и для российских изобретателей.

Каждый год Роспатент отбирает 100 лучших изобретений года, информируя о них соответствующей публикацией на сайте, а также путем внесения в раздел базы данных «Перспективные изобретения». В рамках Международного дня интеллектуальной собственности и Дня изобретателя и рационализатора награждают патентообладателей лучших изобретений дипломами Роспатента.

Для того, чтобы иметь возможность быть признанным перспективным изобретением, номинированное техническое решение должно соответствовать приоритетным направлениям развития техники в РФ, соответствовать государственным программам, иметь высокий технический уровень в сравнении с мировыми аналогами, быть оригинальным, решать актуальные задачи, быть готовым к использованию в производстве, быть востребованным к патентованию за рубежом, иметь отличный экономический эффект.

Среди лучших изобретений 2022 года можно отметить следующие.

ФГБУ «СПб НИИФ» Минздрава России получило в 2022 году патент RU 2771843 C2 на группу изобретений, которая относится к фтизиатрии, а именно к аутологичной композиции для лечения туберкулеза легких с лекарственной устойчивостью возбудителя и отсутствием эффекта на фоне полихимиотерапии. Аутологичная композиция для лечения туберкулеза легких содержит смесь выделенных из моноцитов периферической крови больного зрелых дендритных клеток и Т-лимфоцитов, активированных специфическими антигенами ESAT-6 и SFP-10, при определенном соотношении. Способ лечения туберкулеза легких с лекарственной устойчивостью возбудителя и отсутствием эффекта на фоне полихимиотерапии включает введение больному аутологичную композицию в дозе 1 мл десятикратно один раз в неделю внутрикожно в подлопаточную область на фоне противотуберкулезной терапии. Использование аутологичной композиции в способе лечения позволяет получить положительный эффект с прекращением бактериовыделения и положительной рентгенологической динамикой, и дальнейшим прекращением лечения.

Изобретатели Золотарев В.А. и Кудрявцев О.А. из Концерна «Созвездие» защитили способ противодействия системам извлечения информации, осуществляющим распознавание индивидуальной структуры сигналов, путем искажения формы сигнала (патент RU 2774743 C1). Данный способ повышает защищенность передаваемой информации от несанкционированного приема системами извлечения информации, использующими индивидуальную структуру излучаемых сигналов. Такой эффект достигается тем, что в способе одновременно передают несколько несущих частот. Для выделения сигналов используют способ обработки сигналов с модуляцией частотным или фазовым сдвигом. Каждую из несущих частот дополнительно модулируют амплитудной модуляцией в течение тактового интервала. Передаваемые цифровые данные разбивают на фрагменты, которые содержат установленное заранее число информационных символов. Сигнал модулируют способом модуляции с частотным или фазовым сдвигом в соответствии с входной бинарной последовательностью данных. Символы, принадлежащие одному фрагменту, модулируют с использованием одной из N функций искажений, используемые для искажения формы сигнала. Номер используемой функции искажений определяют в соответствии со значением случайного числа, которое вырабатывается в передающей станции синхронно с принимающей станцией генератором псевдослучайных кодов (ГПС). В принимающей станции принятый сигнал демодулируют в соответствии с используемым способом модуляции частотным или фазовым сдвигом, демодулируют в соответствии с номером используемой функции искажений, который определяют в соответствии со случайным числом, вырабатываемым в принимающей станции ГПС кодов, который идентичен ГПС кодов передающей станции.

Таким образом, предложенный способ, например, решает задачу повышения защищенности передаваемой информации в системах, внедренных в метрополитене при идентификации личности, осуществляемой путем сканирования лица пассажира.

Общество с ограниченной ответственностью «С-Инновации» патентом RU 2761855 С1 защитили решение в области электротехники, а именно технологию изготовления гибких высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) с высокой плотностью критического тока во внешнем магнитном поле и способу получения данных сверхпроводников. Изобретение может быть использовано для промышленного получения ВТСП-проводов с очень высоким значением плотности критического тока в магнитных полях выше 1 Тл при температурах ниже 50 Кельвин, в частности для использования в компактных реакторах термоядерного синтеза. Техническим результатом изобретения является улучшение характеристик гибкого высокотемпературного сверхпроводника за счет повышения критического тока в высоких магнитных полях, а также простое и экономичное промышленное масштабное производство данных ВТСП-проводов.

Так, сейчас в линиях электропередач теряется от 20 до 30 % всей вырабатываемой в мире электроэнергии. Применение подобных высокотемпературных сверхпроводников для передачи электроэнергии сможет полностью эти потери исключить, а между городами со скоростью более 500 км/ч смогут перемещаться поезда на магнитной подушке, создаваемой сверхпроводящими магнитами.

Таким образом, основной задачей по проведению отбора и ежегодному выделению перспективных изобретений является распространение изобретательства и стимулирование авторов-разработчиков к инновационному развитию техники и внедрению ее на мировой рынок. И, как показывает практика, эта задача отлично решается.