Industrienyheter

NASA søker å skape et bedre, sikrere batteri med SABERS

2021-06-16
TEMA:
Batteriteknologi, NASA
Av JOHN GOULD, NASA 11. APRIL 2021



Nye batteridesigner som er sikrere enn dagens modeller vil kreves for å drive morgendagens elektriske fly som det som er vist i denne illustrasjonen. Et NASA -forskningsprosjekt kalt SABERS tester nye måter å kombinere både kjente og eksotiske materialer for å bygge det bedre batteriet. Kreditt: NASA

Å håndtere batteriproblemer på våre telefoner, nettbrett eller bærbare datamaskiner kan være frustrerende.

Selv om batterier er overalt i hverdagen, lider mange av sammenbrudd og feil. Den lille ulempen med å måtte lade dem oftere kan til og med bli kostbare reparasjoner eller kjøpe en ny enhet helt. Batterier i større elektronikk, som hoverboards eller biler, kan til og med ta fyr.

Nå, med økende vekt på bærekraft i luftfarten, vokser interessen for å bruke batterier til delvis eller fullstendig elektrisk fremdriftssystem på fly i alle størrelser hver dag.
Så spørsmålet er om det kan være en bedre måte å bygge batterier som er helt trygge og som ikke svikter eller til og med tar fyr?

En NASA-aktivitet kalt SABERS, eller â € œSolid-state Architecture Batteries for Enhanced Rechargeability and Safetyâ €.

Målet er å lage et batteri som har betydelig høyere energi enn litiumionbatteriene vi bruker for tiden. Dette batteriet vil heller ikke miste kapasitet over tid, brenne eller sette passasjerer i fare hvis noe går galt.

"I stedet for å ta et batteri fra hyllen, bestemte vi oss for at vi trengte å utvikle et batteri fra bunnen av som ville være skreddersydd for de unike ytelseskravene til et elektrisk fly," sa Rocco Viggiano, ledende SABERS -forsker ved NASA. s Glenn Research Center i Cleveland.
Det viser seg at solid state-batterier passer til regningen.

I motsetning til mange batterier i dag, ønsker batteriene SABERS å lage, ikke å ha noen væske i designet. Et fullt solid batteri har mindre komplisert emballasje, senker sikkerhetsrisikoen og tåler mer skade enn et batteri med væske inne i det.

Prosjektet har undersøkt bruk av en unik kombinasjon av elementene svovel og selen for å holde elektrisk ladning.

“Et svovel-selenbatteri i fast tilstand er kult å ta på og tar ikke fyr. Den har en slankere profil enn litiumionbatterier og har bedre energilagring. Det kan ta juling og fortsatt fungere, ofte under mindre ideelle forhold, sa Viggiano.

En ekstra fordel er at svovel er et biprodukt av oljeraffinering. Det er lagre av elementet over hele verden som er tilgjengelige og bare venter på å bli brukt. Med litt fantasi kan dette avfallsproduktet omdannes til noe som driver miljøvennlige kjøretøyer.

Fantasi er et annet aspekt ved SABERS.

Prosjektet søker å bruke elementer som aldri har blitt kombinert før for å danne et batteri. For eksempel har en NASA-utviklet komponent kalt "holey graphene" (oppkalt etter hullene i overflaten for å la luft passere gjennom) et meget høyt nivå av elektrisk ledningsevne. Det er ultralett og miljøvennlig.

"Dette materialet har aldri blitt brukt i batterisystemer, og vi kombinerer det med andre materialer som aldri har blitt brukt," sa Viggiano.

SABERS gjør fremskritt

Solid state-batterier er kjent for å ha en lav utladningshastighet. Med andre ord er mengden strøm som strømmer ut av batteriet på en gang for lav. Men SABERS-forskere har nesten doblet denne utladningshastigheten, noe som betyr at solid state-batterier muligens kan drive større elektronikk.

- Vi overgikk målet vårt. Med mer utvikling kan vi forbedre denne raten ytterligere, sa Viggiano. Prosjektets mål og suksesser har tiltrukket seg oppmerksomhet fra selskaper som Uber og flere andre selskaper som er interessert i å produsere kjøretøy for fremtidige Advanced Air Mobility -miljøer.

Det neste trinnet for SABERS er å kjøre batteridesignet gjennom sine skritt. Dette vil inkludere å teste hvordan det fungerer i praktiske situasjoner, sikre at det er trygt og samle data om ytelsen. Hvis det lykkes, kan designet bli optimalisert ytterligere.

I mellomtiden er sikkerhet fortsatt nummer én.

Gjeldende batteriforskning er hovedsakelig rettet mot bilindustrien, hvis sikkerhetsstandarder generelt er mindre restriktive enn de som kreves for luftfartsapplikasjoner der batteriene støter på mer belastende miljøer.

SABERS ønsker å hjelpe til med å sette den nye, høyere standarden for bruk innen luftfart ved å bevise at å lage sikrere batterier er både teknisk gjennomførbart og økonomisk lukrativt.

Hvilke krav bør disse solid state-batteriene oppfylle? Basert på en analyse av hva som kan være nødvendig for å betjene et praktisk elektrisk fly, fokuserte de fem hensynene SABERS fokuserte på var sikkerhet, energitetthet, utslippshastighet, pakkedesign og skalerbarhet.

I hovedsak må disse batteriene være trygge fremfor alt annet. De må også beholde en enorm mengde strøm og slippe ut denne kraften effektivt. De bør også ha en slank og kompakt form og utvikles med den mest detaljerte og grundige tilnærmingen som er mulig.

Til syvende og sist bestemmer SABERS muligheten for sikre batterier for elektrisk drevne fly. Hvis de lykkes, kan disse innovasjonene bidra til å muliggjøre en ny æra med strømlagring for fremtidig flyreise.

SABERS er en del av Convergent Aeronautics Solutions -prosjektet, som er designet for å gi NASA -forskere ressursene de trenger for å avgjøre om ideene deres for å løse noen av luftfartens største tekniske utfordringer er gjennomførbare, og kanskje verdige ytterligere forfølgelse innen NASA eller ved industri.

Utvalgt til å være en toårig aktivitet som begynte 1. oktober 2019, kan avbrudd i forfølgelsen forårsaket av COVID-19-pandemien føre til en forlengelse, selv om ingenting ennå er bestemt.