НАСА се стреми да създаде по -добра, по -безопасна батерия с SABERS

ТЕМИ:
Технология на батерията, НАСА
От Джон Гуулд, НАСА 11 април 2021 г.

Нови конструкции на батерии, които са по-безопасни от днешните модели, ще бъдат необходими за задвижване на утрешните електрически самолети като този, показан на тази илюстрация. Изследователски проект на НАСА, наречен SABERS, тества нови начини за комбиниране на познати и екзотични материали, за да се изгради тази по -добра батерия. Кредит: НАСА

Справянето с проблемите с батерията на нашите телефони, таблети или лаптопи може да бъде разочароващо.

Въпреки че батериите са навсякъде в ежедневието, много от тях все още страдат от повреди и повреди. Незначителното неудобство от по -честото им зареждане може дори да се превърне в скъпи ремонти или изцяло да се купи ново устройство. Батериите в по -голяма електроника, като ховърбордове или автомобили, дори могат да се запалят.

Сега, с нарастващ акцент върху устойчивостта на авиацията, интересът към използването на батерии за частично или пълно захранване на електрически задвижващи системи на самолети от всякакъв размер нараства всеки ден.
И така, въпросът е дали може да има по -добър начин за изграждане на батерии, които да са напълно безопасни и да не се провалят или дори да се запалят?

Дейност на НАСА, наречена SABERS, или „Батерии за архитектура в твърдо състояние за подобрена презареждаемост и безопасност“, изследва как да се създаде по-безопасна батерия, като се използват чисто нови материали и нови методи за изграждане.

Целта е да се създаде батерия, която да има значително по-висока енергия от литиево-йонните батерии, които използваме в момента. Тази батерия също няма да загуби капацитета си с течение на времето, да се запали или да застраши пътниците, ако нещо се обърка.

„Вместо да изваждаме батерията от рафта, ние решихме, че трябва да разработим батерия от нулата, която да бъде съобразена с уникалните изисквания за производителност на електрически самолет“, каза Роко Виджано, водещ изследовател на SABERS в НАСА s Изследователски център Glenn в Кливланд.
Оказа се, че твърдите батерии отговарят на сметката.

За разлика от много батерии днес, батериите, които SABERS иска да създаде, нямат никаква течност в дизайна си. Напълно здравата батерия има по -малко сложна опаковка, намалява рисковете за безопасността и може да издържи повече щети от батерията с течности вътре.

Проектът е изследван с помощта на уникална комбинация от елементите сяра и селен за задържане на електрически заряд.

„Твърда серо-селенова батерия е хладна на допир и не се запалва. Той има по-тънък профил от литиево-йонните батерии и има по-добро съхранение на енергия. Може да отнеме по -малко и да продължи да работи, често при по -малко от идеалните условия “, каза Виджано.

Допълнително предимство е, че сярата е страничен продукт при рафинирането на петрол. Има запаси от елемента по целия свят, които са достъпни и просто чакат да бъдат използвани. С известно въображение този отпадъчен продукт може да се превърне в нещо, което задвижва екологично чисти превозни средства.

Въображението е друг аспект на SABERS.

Проектът се стреми да използва елементи, които никога преди не са били комбинирани, за да образуват батерия. Например, компонент, разработен от НАСА, наречен „градин от градин“ (наречен на дупките в повърхността му, за да може въздухът да преминава през него), има много високо ниво на електрическа проводимост. Той е изключително лек и екологично чист.

„Този ​​материал никога не е бил използван в акумулаторни системи и ние го комбинираме с други материали, които никога не са били използвани“, каза Виджано.

SABERS прави крачки

Известно е, че твърдотелните батерии имат нисък разряд. С други думи, количеството енергия, което изтича от батерията наведнъж, е твърде ниско. Но изследователите на SABERS почти са удвоили тази скорост на разреждане, което означава, че твърдотелните батерии могат да захранват по-голяма електроника.

„Превишихме целта си. С повече развитие можем да подобрим този процент още повече “, каза Виджано. Целите и успехите на проекта привлякоха вниманието на компании като Uber и няколко други компании, които се интересуват от производство на превозни средства за бъдещи среди за разширена въздушна мобилност.

Следващата стъпка за SABERS е да стартира дизайна на батерията през нейните крачки. Това ще включва тестване на начина, по който работи в практически ситуации, като се уверите, че е безопасно, и събиране на данни за работата му. Ако успее, дизайнът може да бъде оптимизиран още повече.

Междувременно безопасността остава първостепенно значение.

Текущите изследвания на батериите са насочени най -вече към автомобилната индустрия, чиито стандарти за безопасност като цяло са по -малко ограничителни от тези, необходими за авиационните приложения, където батериите се сблъскват с по -стресова среда.

SABERS иска да помогне за установяването на този нов, по -висок стандарт за използване в авиацията, като докаже, че направата на по -безопасни батерии е както технически осъществима, така и икономически изгодна.

На какви изисквания трябва да отговарят тези твърдотелни батерии? Въз основа на анализ на това, което може да е необходимо за експлоатация на практичен електрически самолет, петте съображения, върху които са фокусирани SABERS, са безопасността, енергийната плътност, скоростта на разреждане, дизайна на пакета и мащабируемостта.

По същество тези батерии трябва да бъдат безопасни преди всичко. Те също така трябва да притежават огромно количество енергия и да излъчват тази мощност ефективно. Те също трябва да имат тънка и компактна форма и да бъдат разработени с възможно най -подробния и задълбочен подход.

В крайна сметка SABERS определя възможността за безопасни батерии за самолети с електрически задвижвания. Ако успеят, тези иновации биха могли да помогнат да се даде възможност за нова ера на съхранение на енергия за бъдещи въздушни пътувания.

SABERS е част от проекта Convergent Aeronautics Solutions, който има за цел да даде на изследователите от НАСА ресурсите, от които се нуждаят, за да определят дали техните идеи за решаване на някои от най -големите технически предизвикателства на авиацията са осъществими и може би заслужават допълнително търсене в рамките на НАСА или от индустрия.

Избрана като двугодишна дейност, започнала на 1 октомври 2019 г., прекъсванията в преследването, предизвикани от пандемията COVID-19, могат да доведат до удължаване, въпреки че все още нищо не е решено.