Pramonės naujienos

NASA siekia sukurti geresnę ir saugesnę bateriją su SABERS

2021-06-16
TEMOS:
Baterijų technologija, NASA
JOHNAS GOULDAS, NASA 2021 m. Balandžio 11 d



Rytojaus elektra varomiems orlaiviams, tokiems kaip pavaizduota šioje iliustracijoje, reikės naujų konstrukcijų, saugesnių nei šiandienos modelių. NASA tyrimų projektas „SABERS“ išbando naujus būdus, kaip sujungti pažįstamas ir egzotiškas medžiagas, kad būtų sukurta geresnė baterija. Kreditas: NASA

Akumuliatoriaus problemų sprendimas mūsų telefonuose, planšetiniuose kompiuteriuose ar nešiojamuosiuose kompiuteriuose gali būti varginantis.

Nors baterijos yra visur kasdieniame gyvenime, daugelis vis dar kenčia nuo gedimų ir gedimų. Nedideli nepatogumai, kai juos reikia įkrauti dažniau, netgi gali virsti brangiu remontu arba visiškai įsigyti naują įrenginį. Didesnės elektronikos, pvz., Sklendės ar automobilių, baterijos gali net užsidegti.

Dabar, vis daugiau dėmesio skiriant aviacijos tvarumui, susidomėjimas baterijomis iš dalies arba visiškai maitinti visų dydžių orlaivių elektrines varomąsias sistemas auga kiekvieną dieną.
Taigi kyla klausimas, ar gali būti geresnis būdas sukurti visiškai saugias baterijas, kurios nesugestų ar net neužsidegtų?

NASA veikla, vadinama „SABERS“ arba „kietojo kūno architektūros baterijos, skirtos didesniam įkrovimui ir saugai“, tiria, kaip sukurti saugesnę bateriją naudojant visiškai naujas medžiagas ir naujus statybos metodus.

Tikslas yra sukurti akumuliatorių, kuris turėtų žymiai didesnę energiją nei šiuo metu naudojamos ličio jonų baterijos. Ši baterija taip pat neprarastų talpos laikui bėgant, neužsidegtų ir nekeltų pavojaus keleiviams, jei kažkas negerai.

„Užuot išėmę akumuliatorių iš lentynos, nusprendėme, kad turime nuo pat pradžių sukurti akumuliatorių, kuris būtų pritaikytas unikaliems elektrinio orlaivio eksploataciniams reikalavimams“, - sakė Rocco Viggiano, vadovaujantis NASA SABERS tyrėjas. Glenno tyrimų centras Klivlende.
Pasirodo, kietojo kūno baterijos tinka.

Priešingai nei daugelis baterijų šiandien, „SABERS“ nori sukurti baterijas, kuriose nėra skysčio. Visiškai tvirtas akumuliatorius turi mažiau sudėtingą pakuotę, sumažina pavojų saugumui ir gali atlaikyti daugiau žalos nei akumuliatorius, kurio viduje yra skysčių.

Projekte buvo išnagrinėtas unikalus sieros ir seleno elementų derinys elektros krūviui išlaikyti.

„Kietojo kūno sieros-seleno akumuliatorius yra kietas liesti ir neužsidega. Jis turi plonesnį profilį nei ličio jonų akumuliatoriai ir geriau kaupia energiją. Tai gali užtrukti ir vis tiek veikti, dažnai esant ne tokioms idealioms sąlygoms, - sakė Viggiano.

Papildoma nauda yra siera, kuri yra šalutinis naftos perdirbimo produktas. Visame pasaulyje yra elementų atsargų, kurios yra prieinamos ir laukia naudojimo. Turint šiek tiek vaizduotės, šią atlieką galima paversti aplinkai nekenksmingomis transporto priemonėmis.

Vaizduotė yra dar vienas SABERS aspektas.

Projektas siekia panaudoti elementus, kurie niekada nebuvo derinami, kad susidarytų baterija. Pavyzdžiui, NASA sukurtas komponentas, vadinamas „skylėtu grafenu“ (pavadintas dėl jo paviršiaus skylių, leidžiančių praleisti orą), turi labai aukštą elektros laidumą. Jis yra ypač lengvas ir draugiškas aplinkai.

„Ši medžiaga niekada nebuvo naudojama akumuliatorių sistemose, ir mes ją deriname su kitomis medžiagomis, kurios niekada nebuvo naudojamos“, - sakė Viggiano.

SABERS daro pažangą

Yra žinoma, kad kietojo kūno baterijos turi mažą išsikrovimo greitį. Kitaip tariant, iš akumuliatoriaus vienu metu išeinantis energijos kiekis yra per mažas. Tačiau SABERS tyrėjai beveik padvigubino šį iškrovimo greitį, o tai reiškia, kad kietojo kūno baterijos gali maitinti didesnę elektroniką.

„Viršijome savo tikslą. Vystydamiesi daugiau, mes galime dar labiau pagerinti šį rodiklį, - sakė Viggiano. Projekto tikslai ir sėkmė atkreipė dėmesį į tokias bendroves kaip „Uber“ ir keletą kitų bendrovių, besidominčių transporto priemonių gamyba būsimoms pažangioms oro judumo aplinkoms.

Kitas SABERS žingsnis yra paleisti akumuliatoriaus konstrukciją. Tai apims bandymą, kaip jis veikia praktinėse situacijose, įsitikinimą, kad jis saugus, ir duomenų apie jo veikimą rinkimą. Sėkmės atveju dizainą būtų galima dar labiau optimizuoti.

Tuo tarpu saugumas išlieka svarbiausias dalykas.

Dabartiniai akumuliatorių tyrimai daugiausia orientuoti į automobilių pramonę, kurios saugos standartai paprastai yra mažiau ribojantys nei reikalaujami aviacijos reikmėms, kai akumuliatoriai patiria didesnę įtampą.

SABERS nori padėti nustatyti šį aukštesnį standartą, skirtą naudoti aviacijoje, įrodydamas, kad saugesnių baterijų gamyba yra techniškai įmanoma ir ekonomiškai pelninga.

Kokius reikalavimus turėtų atitikti šios kietojo kūno baterijos? Remiantis analize, ko gali prireikti praktiniam elektriniam orlaiviui valdyti, penki SABERS svarstymai buvo skirti saugumui, energijos tankiui, iškrovimo greičiui, pakuotės dizainui ir masteliui.

Iš esmės šios baterijos turi būti saugios. Jie taip pat turi turėti didžiulę galią ir efektyviai ją skleisti. Jie taip pat turėtų būti plonos ir kompaktiškos formos ir būti kuriami kuo išsamiau ir nuodugniau.

Galų gale SABERS nustato saugių elektra varomų lėktuvų baterijų įgyvendinamumą. Sėkmės atveju šios naujovės galėtų padėti sukurti naują energijos kaupimo erą būsimoms kelionėms lėktuvu.

„SABERS“ yra „Convergent Aeronautics Solutions“ projekto dalis, skirta NASA tyrėjams suteikti išteklius, kurių jiems reikia norint nustatyti, ar jų idėjos išspręsti kai kuriuos didžiausius aviacijos techninius iššūkius yra įmanomos ir galbūt vertos papildomo siekio NASA ar industrija.

Pasirinkta dvejų metų veikla, prasidėjusi 2019 m. Spalio 1 d., Pertraukos siekiant COVID-19 pandemijos gali būti pratęstos, nors niekas dar nenuspręsta.