NASA si prizadeva ustvariti boljšo in varnejšo baterijo s sistemom SABERS

TEME:
Tehnologija baterij, NASA
Avtor: JOHN GOULD, NASA, 11. APRIL 2021

Novi modeli baterij, ki so varnejši od današnjih modelov, bodo potrebni za pogon jutrišnjih letal na električni pogon, kot je prikazano na tej sliki. Raziskovalni projekt NASA, imenovan SABERS, preizkuša nove načine združevanja znanih in eksotičnih materialov za izdelavo boljše baterije. Zasluge: NASA

Obravnavanje težav z baterijo v naših telefonih, tabličnih računalnikih ali prenosnih računalnikih je lahko frustrirajuće.

Čeprav so baterije v vsakdanjem življenju povsod, jih mnogi še vedno trpijo zaradi okvar in okvar. Manjše neprijetnosti zaradi pogostejšega polnjenja bi se lahko celo spremenile v draga popravila ali v celoti nakup nove naprave. Baterije v večji elektroniki, kot so hoverboards ali avtomobili, se lahko celo vnamejo.

Zdaj, z vse večjim poudarkom na letalski trajnosti, zanimanje za uporabo baterij za delno ali popolno napajanje električnih pogonskih sistemov na letalih vseh velikosti narašča vsak dan.
Vprašanje je torej, ali obstaja boljši način za izdelavo popolnoma varnih baterij, ki ne odpovejo ali se celo vnamejo?

NASA-ina dejavnost, imenovana SABERS ali "Solid-state Architecture Batteries for Enhanced Rechargeability and Safety", raziskuje, kako ustvariti varnejšo baterijo z uporabo popolnoma novih materialov in novih metod gradnje.

Cilj je ustvariti baterijo, ki ima bistveno večjo energijo kot litij-ionske baterije, ki jih trenutno uporabljamo. Tudi ta baterija sčasoma ne bi izgubila zmogljivosti, se zagorela ali ogrozila potnike, če bi šlo kaj narobe.

"Namesto da vzamemo baterijo s police, smo ugotovili, da moramo iz nič razviti baterijo, ki bi bila prilagojena edinstvenim zahtevam glede zmogljivosti električnega letala," je povedal Rocco Viggiano, vodilni raziskovalec SABERS pri NASA. s raziskovalnim centrom Glenn v Clevelandu.
Izkazalo se je, da polprevodniške baterije ustrezajo računu.

Za razliko od številnih današnjih baterij, ki jih SABERS želi ustvariti, v svoji zasnovi nimajo tekočine. Popolnoma trdna baterija ima manj zapleteno embalažo, zmanjšuje varnostna tveganja in lahko prenese več škode kot baterija s tekočinami v njej.

Projekt je preučil uporabo edinstvene kombinacije elementov žvepla in selena za zadrževanje električnega naboja.

»Polprevodnikova žveplo-selenova baterija je hladna na otip in se ne vname. Ima tanjši profil kot litij-ionske baterije in ima boljše shranjevanje energije. Lahko traja in še vedno deluje, pogosto v manj kot idealnih pogojih, «je dejal Viggiano.

Dodatna prednost je, da je žveplo stranski proizvod rafiniranja nafte. Po vsem svetu obstajajo zaloge elementa, ki so dostopne in čakajo na uporabo. Z nekaj domišljije se lahko ta odpadni proizvod spremeni v nekaj, kar poganja okolju prijazna vozila.

Domišljija je še en vidik SABERS.

Projekt želi uporabiti elemente, ki jih nikoli prej niso združevali za oblikovanje baterije. Na primer, komponenta, ki jo je razvila NASA, imenovana "holey graphene" (imenovana po luknjah na njeni površini, ki omogočajo prehod zraka), ima zelo visoko stopnjo električne prevodnosti. Je izredno lahek in okolju prijazen.

"Ta material nikoli ni bil uporabljen v baterijskih sistemih in ga kombiniramo z drugimi materiali, ki niso bili nikoli uporabljeni," je dejal Viggiano.

SABERS naredi korak naprej

Znano je, da imajo polprevodniške baterije nizko stopnjo praznjenja. Z drugimi besedami, količina energije, ki takoj izteče iz baterije, je prenizka. Toda raziskovalci podjetja SABERS so to hitrost praznjenja skoraj podvojili, kar pomeni, da bi polprevodniške baterije lahko izvedle napajanje večje elektronike.

»Presegli smo cilj. Z večjim razvojem lahko to stopnjo še izboljšamo, «je dejal Viggiano. Cilji in uspehi projekta so pritegnili pozornost podjetij, kot sta Uber in več drugih podjetij, ki se zanimajo za proizvodnjo vozil za prihodnja okolja napredne zračne mobilnosti.

Naslednji korak pri podjetju SABERS je, da zasnovo akumulatorja izvaja v korakih. To bo vključevalo preizkušanje delovanja v praktičnih situacijah, preverjanje varnosti in zbiranje podatkov o njegovem delovanju. Če bo uspešen, bi lahko oblikovanje še dodatno optimizirali.

Medtem pa varnost ostaja na prvem mestu.

Trenutne raziskave baterij so večinoma usmerjene v avtomobilsko industrijo, katere varnostni standardi so na splošno manj omejujoči od tistih, ki se zahtevajo za letalske aplikacije, kjer se baterije srečujejo v bolj stresnih okoljih.

SABERS želi pomagati določiti ta novi, višji standard za uporabo v letalstvu, tako da dokaže, da je izdelava varnejših baterij tehnično izvedljiva in ekonomsko donosna.

Kakšnim zahtevam morajo ustrezati te polprevodniške baterije? Na podlagi analize, kaj bi lahko bilo potrebno za uporabo praktičnega električnega letala, je bilo pet premislekov, na katere se je osredotočil SABERS, varnost, gostota energije, stopnja praznjenja, zasnova paketa in razširljivost.

V bistvu morajo biti te baterije predvsem varne. Prav tako morajo imeti ogromno energije in jo učinkovito oddajati. Imeti morajo tudi tanko in kompaktno obliko ter jih razviti s čim bolj podrobnim in temeljitim pristopom.

Na koncu SABERS ugotavlja izvedljivost varnih baterij za letala z električnim pogonom. Če bodo te inovacije uspešne, bi lahko omogočile novo obdobje shranjevanja energije za prihodnja potovanja z letalom.

SABERS je del projekta Convergent Aeronautics Solutions, ki je namenjen raziskovalcem NASA -e, ki jih potrebujejo, da ugotovijo, ali so njihove zamisli za reševanje nekaterih največjih letalskih tehničnih izzivov izvedljive in morda vredne dodatnega prizadevanja znotraj NASA -e ali industriji.

Kot dveletno dejavnost, ki se je začela 1. oktobra 2019, bi lahko prekinitve pri prizadevanjih, ki jih je povzročila pandemija COVID-19, povzročile podaljšanje, čeprav o tem še ni odločeno.