NASA Berusaha Mencipta Bateri yang Lebih Baik dan Lebih Selamat Dengan PENJAGA

TOPIK:
Teknologi Bateri, NASA
Oleh JOHN GOULD, NASA 11 APRIL 2021

Reka bentuk bateri baru yang lebih selamat daripada model hari ini akan diperlukan untuk menggerakkan pesawat bertenaga elektrik esok seperti yang ditunjukkan dalam ilustrasi ini. Projek penyelidikan NASA yang disebut SABERS sedang menguji cara baru untuk menggabungkan kedua-dua bahan biasa dan eksotik untuk membina bateri yang lebih baik. Kredit: NASA

Berurusan dengan masalah bateri pada telefon, tablet, atau komputer riba kita boleh membuat anda kecewa.

Walaupun bateri ada di mana-mana dalam kehidupan seharian, banyak yang masih mengalami kerosakan dan kegagalan. Kesulitan kecil yang perlu dilakukan untuk mengecasnya lebih kerap malah boleh menjadi pembaikan yang mahal atau membeli peranti baru sama sekali. Bateri dalam elektronik yang lebih besar, seperti papan hover atau kereta, malah boleh terbakar.

Kini, dengan penekanan yang semakin meningkat pada kelestarian penerbangan, minat menggunakan bateri untuk menggerakkan sistem pendorong elektrik sebahagian atau sepenuhnya pada pesawat dari semua ukuran meningkat setiap hari.
Oleh itu, persoalannya adakah mungkin cara yang lebih baik untuk membina bateri yang benar-benar selamat dan tidak gagal atau bahkan terbakar?

Kegiatan NASA yang disebut SABERS, atau â € œBateri Senibina keadaan pepejal untuk Rechargeable and Safety yang Disempurnakan, â € meneliti cara membuat bateri yang lebih selamat dengan menggunakan bahan baru dan kaedah pembinaan baru.

Tujuannya adalah untuk membuat bateri yang mempunyai tenaga yang jauh lebih tinggi daripada bateri lithium-ion yang sedang kita gunakan. Bateri ini juga tidak akan kehilangan kapasiti dari masa ke masa, terbakar, atau membahayakan penumpang sekiranya berlaku sesuatu.

â € œSebaliknya dengan mengambil bateri dari rak, kami bertekad untuk mengembangkan bateri dari awal yang akan disesuaikan dengan keperluan prestasi unik pesawat elektrik, â € kata Rocco Viggiano, ketua penyelidik SABERS di NASAâ € ™ s Pusat Penyelidikan Glenn di Cleveland.
Ternyata, bateri keadaan pepejal sesuai dengan bil.

Berbanding dengan banyak bateri hari ini, bateri SABERS ingin membuat tidak mempunyai cecair dalam reka bentuknya. Bateri yang padat sepenuhnya mempunyai kemasan yang kurang rumit, menurunkan risiko keselamatan, dan tahan lebih banyak kerosakan daripada bateri dengan cecair di dalamnya.

Projek ini telah diperiksa dengan menggunakan gabungan unik unsur sulfur dan selenium untuk menahan cas elektrik.

â € œBateri sulfur-selenium keadaan pepejal mudah disentuh dan tidak terbakar. Ia mempunyai profil lebih ramping daripada bateri lithium-ion dan mempunyai simpanan tenaga yang lebih baik. Ia boleh memukul dan masih beroperasi, selalunya dalam keadaan kurang ideal, â € kata Viggiano.

Manfaat tambahan adalah sulfur sebagai produk sampingan penapisan minyak. Terdapat stok elemen di seluruh dunia yang boleh diakses dan hanya menunggu untuk digunakan. Dengan sedikit khayalan, produk sisa ini dapat diubah menjadi sesuatu yang memberi kuasa kepada kenderaan mesra alam.

Imaginasi adalah aspek lain dari SABERS.

Projek ini bertujuan untuk menggunakan elemen yang tidak pernah digabungkan sebelumnya untuk membentuk bateri. Sebagai contoh, komponen yang dikembangkan oleh NASA yang disebut â € œholey grapheneâ € (dinamakan lubang di permukaannya untuk membolehkan udara melewati), mempunyai tahap kekonduksian elektrik yang sangat tinggi. Ia sangat ringan dan mesra alam.

â € œMaterial ini tidak pernah digunakan dalam sistem bateri, dan kami menggabungkannya dengan bahan lain yang tidak pernah digunakan, â € kata Viggiano.

SABERS Membuat Langkah

Bateri keadaan pepejal diketahui mempunyai kadar pelepasan yang rendah. Dengan kata lain, jumlah kuasa yang keluar dari bateri sekaligus terlalu rendah. Tetapi penyelidik SABERS hampir menggandakan kadar pelepasan ini, yang bermaksud bahawa bateri keadaan pepejal dapat menggunakan elektronik yang lebih besar.

â € œKami melebihi matlamat kami. Dengan lebih banyak pembangunan, kita dapat meningkatkan kadar itu lebih jauh lagi, â € kata Viggiano. Matlamat dan kejayaan projek ini telah menarik perhatian syarikat seperti Uber dan beberapa syarikat lain yang berminat dalam pembuatan kenderaan untuk persekitaran Mobiliti Udara Lanjutan yang akan datang.

Langkah seterusnya untuk SABERS adalah menjalankan reka bentuk bateri mengikut rentaknya. Ini termasuk menguji cara kerjanya dalam situasi praktikal, memastikannya selamat, dan mengumpulkan data mengenai prestasinya. Sekiranya berjaya, reka bentuk dapat dioptimumkan lebih jauh.

Sementara itu, keselamatan tetap menjadi pertimbangan nombor satu.

Penyelidikan bateri semasa kebanyakannya berorientasi pada industri automotif, yang standard keselamatannya umumnya kurang ketat daripada yang diperlukan untuk aplikasi penerbangan di mana bateri menghadapi lingkungan yang lebih tertekan.

SABERS ingin membantu menetapkan standard baru yang lebih tinggi untuk digunakan dalam penerbangan dengan membuktikan bahawa membuat bateri lebih selamat dari segi teknikal dan ekonomi yang menguntungkan.

Apakah syarat yang harus dipenuhi oleh bateri keadaan pepejal ini? Berdasarkan analisis apa yang mungkin diperlukan untuk mengoperasikan pesawat elektrik praktikal, lima pertimbangan yang difokuskan oleh SABER adalah keselamatan, ketumpatan tenaga, kadar pelepasan, reka bentuk paket, dan skalabilitas.

Pada asasnya, bateri ini mesti selamat melebihi yang lain. Mereka juga perlu memiliki kekuatan yang besar dan mengeluarkan daya dengan cekap. Mereka juga harus bentuk langsing dan padat dan dikembangkan dengan pendekatan yang paling terperinci dan menyeluruh.

Pada akhirnya, SABERS menentukan kemungkinan bateri selamat untuk kapal terbang yang digerakkan elektrik. Sekiranya berjaya, inovasi ini dapat membantu memungkinkan era penyimpanan kuasa baru untuk perjalanan udara masa depan.

SABERS adalah sebahagian daripada projek Penyelesaian Aeronautik Konvergen, yang direka untuk memberi para penyelidik NASA sumber yang mereka perlukan untuk menentukan apakah idea mereka untuk menyelesaikan beberapa cabaran teknikal terbesar penerbangan dapat dilaksanakan, dan mungkin layak untuk dicari tambahan dalam NASA atau oleh industri.

Dipilih untuk menjadi aktiviti dua tahun yang dimulai pada 1 Oktober 2019, gangguan dalam pencarian yang disebabkan oleh pandemi COVID-19 dapat menyebabkan perpanjangan, walaupun belum ada yang diputuskan.