La batteria di vetro proposta da Goodenough

Le batterie sono uno degli elementi principali nella transizione dall’energia fossile a quella elettrica. Le batterie agli ioni di litio che si trovano in cellulari e computer di ogni tipo. Hanno buone performance ma vengono con diversi svantaggi:

  • tempi di ricarica
  • elementi difficilmente riciclabili
  • pericolo di esplosione

La batteria proposta da Goodenough sembra eliminare tutti questi problemi migliorando allo stesso tempo le prestazioni. Si parla di una densità di carica almeno 3 volte superiore e un numero di cicli di ricarica ≈1200, superiore rispetto alla batteria agli ioni di litio. Inoltre le batterie di vetro non avendo componenti liquide possono funzionare in ambienti ostili con temperature fino a -20°C.

Schema di una batteria agli ioni di litio:

batteria agli ioni di litio

Gli e migrano dall’anodo verso il catodo dando origine ad una corrente di verso opposto. Gli ioni Li+ migrano nello stesso verso attraverso la membrana di separazione per via di un gradiente elettrochimico.

Il problema maggiore riguarda la formazione di dendriti cioè prolungamenti metallici che possono cortocircuitare la batteria dando luogo a esplosioni o incendi. Il catodo delle batterie al litio è fatto di materiali come l’ossido di cobalto con un importante impatto ambientale.

Schema di una batteria di vetro:

batteria goodenough

Nel caso delle batterie studiate da Goodenough l’idea di base è quella di sostituire l’elettrolita liquido e la membrata separatrice con un mezzo solido in grado di evitare la formazione di dendriti.

Viene utilizzato un vetro drogato con atomi metallici per permettere il passaggio degli ioni Na+. Gli elettrodi vengono sostituiti: anodo fatto di metallo puro (Na) e il catodo di rame (Na disposto in superficie). Goodenough ha specificato che l’energia di Fermi dell’anodo è superiore a quella del catodo pertanto vi è un gradiente dovuto a diversi livelli nell’Energia di Fermi (simile a gradiente elettrochimico) in grado di trasportare gli ioni Na+ durante la scarica.

Annunci

Constellations of satellites for Optical Earth Observations

Being able to access maps of any part of the globe updated on daily basis whenever necessary could have important benefits for scientific reason as well as for better emergencies evaluations.

Constellations can avoid one of the most common problems with Earth Optical Observations from satellite. Clouds covering a region and blocking the view. If there’s one single satellite that passes over a region every 30 days and there’s a cloudy day it may be necessary to wait till next time the satellite will be above the same region, 30 days later. Doubling the observation time for many applications is not acceptable.

Most of the time different satellite operators, from different countries, may share data solving the problem, perhaps with only some days of delay.

Why is the update frequency of the maps important?

Agricultural improvements. Instead of receiving data once each month, being able to access information everyday on crops and soil condition that may allow farmers to deal with droughts more efficiently increasing the overall productivity.

Emergencies like earthquakes, floods, forest fires, humanitarian crisis etc. All these need rapid information in order to coordinate the emergency teams more efficiently. For example in case of earthquakes or floods it could be possible to identify places with major damage or obstacles that could slow emergency teams.

Planet Labs is a company that works with a constellation of optical satellites (Doves) many about 10x10x30 cm in size. They manage to create maps of the whole globe updated on daily basis. Gallery of some of their photos from space.

Trappist-1 and the 7 Earth-Size planets

The discovery of 7 Earth-Size planets by Nasa has been very popular. Let’s see some key aspects of this star and its planets.

Trappist-1: red dwarf with a mass equal to 8% of the solar mass. Just above the limit for nuclear fusion to be possible.

7 planets: Orbital period from 1.51 to maximum 20 days. Distance from star is about 3% Earth distance from Sun. Planet radius between 0.76 and 1.13 Earth’s radius.

This chart shows, on the top row, artist conceptions of the seven planets of TRAPPIST-1 with their orbital periods, distances from their star, radii and masses as compared to those of Earth. The bottom row shows data about Mercury, Venus, Earth and Mars.
NASA/Jpl

As we can see the 7 planets are Earth-Size planets but besides that the system itself is very different from our own. This could mean it had a completely different evolutionary process.

Planets the size of Earth do not guarantee the necessary conditions for life to develop even if situated in the habitable zone of the solar system. A planetary magnetic field is required in order to have an atmosphere. Latest discoveries have proved how Mars lost its atmosphere because of the solar wind that slowly ripped away the molecules.

Even if the Trappist-1 is smaller then the Sun the planets are much closer then Earth. Star radiation could be a problem and other negative aspects due to this proximity could also be present.

Life needs challenges that force it to evolve, an unstable environment. Systems that are too stable don’t create the necessary conditions for life to evolve. Too unstable ones destroy the elementary life forms.

So why should someone do these researches? Models built to describe how the Solar System has formed need to be verified. Similar stellar system at different evolutionary stages could help understand what happened and what will happen to our system.

Trappist-1 is about 39.5 light year away. The simplest conversation would take about 80 years just for the initial presentations. Finding extraterrestrial life sure is interesting but it’s just the last of the goals.

Luminosità delle stelle vicine al Sistema Solare. Magnitudine assoluta e apparente.

La magnitudo misura la luminosità dei corpi celesti, in questo caso particolare delle stelle. La magnitudine assoluta è la magnitudine apparente che una stella avrebbe se osservata da una distanza di 10 Parsec (≈32,5 a.l.). Più la magnitudine di una stella è bassa più questa sarà luminosa.

stelle-magnitudine-assoluta

Rappresentazione delle stelle lontane massimo 15 Parsec, all’incirca 50 anni luce. Il Sole ha una magnitudine assoluta uguale all’incirca alla media delle stelle vicine.

Nane brune, non considerate nel grafico, possono essere trovate per valori superiori a 10 di magnitudine.

magnitudine-apparente

L’asse verticale è centrato in basso a sinistra sul Sole con una magnitudine apparente di ≈-26. L’asse orizzontale indica il limite per l’osservazione a occhio nudo pari a ≈6.

Come mai le stelle sono così poche nelle vicinanze del Sole? In realtà la densità delle stelle non varia di molto. E’ normale che la distribuzione cresca esponenzialmente. Immaginando una sfera all’aumentare del suo raggio il volume a disposizione delle stelle varia con il cubo della distanza percorsa.

magnitudine-apparente-vs-assoluta

Non considerando il Sole, per il campione di stelle osservato si nota una discreta proporzionalità tra i due tipi di magnitudine. Linearità che non vale per stelle molto luminose e lontane.

 

La radiazione durante un volo ed eventuali rischi per l’uomo

Magnetosfera e Atmosfera terrestre sono in grado di bloccare la maggior parte delle particelle cosmiche. Nel caso di alcune estremamente energetiche a seguito dell’interazione con le molecole di O2 e N2  dell’atmosfera si generano reazioni a catena in grado di raggiungere anche quote basse interessate da attività umane.

La Stazione Spaziale Internazionale ma anche i futuri viaggi interplanetari dovranno tenere conto della radiazione solare e cosmica. In questi casi gli astronauti, in assenza della protezione atmosferica, sono esposti per mesi alla radiazione per cui bisogna ricreare scudi artificiali in sostituzione dell’atmosfera terrestre.

Nell’ambito dell’aviazione l’influenza negativa di questa radiazione è limitata. Si osserva un massimo all’incirca a 18000 metri (massimo di Pfotzer) per poi scendere rapidamente per quote più basse. Un aereo di linea vola all’incirca a 10.000-11.000 metri.

La radiazione interessa maggiormente le regioni polari e aumenta con la quota. Radiazione quote 5000, 1000 e 15000 metri. MicroSievert per ora di esposizione:

Per un passeggero che vola solo occasionalmente il rischio di avere un danno legato a questo tipo di radiazione è molto basso. Diventa invece un problema per piloti e personale di bordo che trascorrono molte più ore in quota.

Bisognerà quindi monitorare l’esposizione del personale di bordo e limitare questo rischio. Al momento l’unica cosa che si può fare consiste nel monitorare zone a più alto rischio di esposizione vietando in particolari casi il transito degli aerei. Si studiano per il futuro strumenti (ispirati al TEPC Tissue Equivalent Proportional Counter) da montare a bordo degli aerei in grado di misurare le dosi assorbite dagli esseri umani. Le due soluzioni studiate dalla NASA sono rispettivamente: RaySure detector e Teledyne TID detector.

***

Approfondimenti:
NASA website

C++ generare password casuali

Codice C++ per un generatore di password casuali. Non ho trovato un modo più facile per incollarlo tramite codice HTML per evidenziare le parole chiave.

Le opzioni prevedono lunghezza libera e password con e senza caratteri speciali.

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>

using namespace std;

static const char alphanum[] =
"0123456789"
"ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
"abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
"!@#$%^&*";

static const char carattere_speciale[]=
"!@#$%^&*";

int size = sizeof(alphanum) - 1;

int main()
{
    //stabilire la lunghezza della password
    int lunghezza;
    cout << "Quanti caratteri deve avere la password?" << endl;    
    cin >> lunghezza;

 
    //utilizzo di caratteri speciali
    char scelta = 's';
    do{
        cout << "Usa caratteri speciali? (s/n)" << endl;         cin >> scelta;
    }
    while ((scelta != 's') && (scelta != 'n'));
    
    //genera la password
    bool f_special = false;
    char c = 'a';
    
    switch (scelta){
        case ('s'):
            srand(time(0));
            for(int i = 0; i < lunghezza; i++)
            {
                c = alphanum[rand() % (size)];

                if(c =='!' || c=='@' || c=='#' || c=='$' || c=='%' || c=='^' || c=='&' || c=='*')
                    f_special = true;

                if((i == lunghezza-1) && (f_special == false))
                {
                    c = carattere_speciale[rand() % 7];
                    cout << c;
                }
                    else
                    cout << c;
            }
            break;
        
        case ('n'):   
            srand(time(0));
            for(int i = 0; i < lunghezza; i++)
        {
            cout << alphanum[rand() % (size-8)];
        }
            break;
        default:
            cout << "ERRORE" << endl;   
    }
    
    //evitare la scomparsa della console
    cout << endl;
    cin.get();
    cin.get();
    return 0;
}