نوآوری باتری می تواند تحویل نیرو را برای هواپیماهای الکتریکی افزایش دهد

بر اساس مطالعه‌ای که توسط آزمایشگاه ملی لارنس برکلی با تخصص از دانشگاه میشیگان انجام شد، یک نوآوری در اجزای باتری می‌تواند به حفظ انرژی در هنگام فرود هواپیمای الکتریکی با شارژ کم کمک کند.

این تحقیق راه‌حلی برای مشکلی ارائه می‌کند که در سال ۲۰۱۸ در مطالعه‌ای به رهبری ونکات ویسواناتان، استاد مهندسی هوافضا در U-M و یکی از نویسندگان کار جدید شناسایی شد منتشر شده در ژول.

ویسواناتان گفت: «برخاست و فرود هر دو به قدرت بالایی نیاز دارند و فرود چالش‌برانگیزتر است زیرا شما شارژ کامل ندارید.» “برای به دست آوردن قدرت بالا باید تمام مقاومت ها را پایین بیاورید. هر چیزی که بر توانایی ارائه آن قدرت تاثیر می گذارد.”

تیم تاکید کرد که این با نیازهای باتری‌های EV متمایز است، که عمدتاً نیاز به حفظ برد خود دارند.

یانگمین کو، محقق فوق دکتری در آزمایشگاه ریخته‌گری مولکولی برکلی و نویسنده اصلی این مطالعه، می‌گوید: «در یک وسیله نقلیه الکتریکی، شما بر روی کاهش ظرفیت در طول زمان تمرکز می‌کنید. “اما برای هواپیما، کاهش قدرت است که بسیار مهم است – توانایی دستیابی مداوم به قدرت بالا برای برخاستن و فرود.”

هم محو شدن ظرفیت و هم از بین رفتن توان معمولاً زمانی اتفاق می‌افتد که یون‌های لیتیوم دیگر نمی‌توانند به راحتی به داخل و خارج الکترودها حرکت کنند. در حالی که کلید محو شدن ظرفیت، مقدار یون های لیتیوم است که می توانند بین الکترودها حرکت کنند، عامل اصلی کاهش قدرت سرعت است. مشکل این است که خوردگی روی الکترودها ایجاد می‌شود و فضایی را اشغال می‌کند که می‌توانست یون‌های لیتیوم را در خود جای دهد و دسترسی لیتیوم به فضاهای موجود را سخت‌تر می‌کند.

تیم تحت رهبری برت هلمز، نویسنده مسئول مطالعه و دانشمند ارشد در ریخته‌گری مولکولی آزمایشگاه برکلی، تعاملات بین الکترودها و الکترولیت‌ها را با استفاده از رویکردی که از زیست‌شناسی به عاریت گرفته شده بود، بررسی کردند. در مطالعات مربوط به زندگی، زمینه ای که عموماً “omics” نامیده می شود به دنبال سرنخ هایی در اجزای تشکیل دهنده سلول ها می گردد – چه ژن هایی خوانده می شوند، چه پروتئین هایی ساخته می شوند و غیره.

در این مورد، تیم آزمایش‌های شیمیایی مختلف الکترولیت را انجام داد و تغییرات ظریفی را که درون الکترولیت در مکان‌های مختلف در باتری در هنگام شارژ و تخلیه. تحقیقات قبلی معمولاً کاهش قدرت را به مشکلات ناشی از سمت منفی باتری نسبت می‌دهند، زیرا فلز لیتیوم بسیار واکنش‌پذیر است.

با این حال، تیم مشاهده کردند که مولکول‌های آسیب‌رسان در نزدیکی جنبه مثبت – اکسید نیکل، منگنز- کبالت در این مورد، در حال شکل‌گیری هستند. واکنش با آن مولکول‌ها باعث شد که ذرات الکترود مثبت در طول زمان ترک بخورند و خورده شوند و مانع از حرکت لیتیوم و کاهش تحویل نیرو.

کو گفت: “این یک نتیجه غیر آشکار بود.” “ما دریافتیم که اختلاط نمک در الکترولیت می تواند واکنش گونه های معمولی واکنش پذیر را سرکوب کند، که یک پوشش تثبیت کننده و مقاوم در برابر خوردگی را تشکیل می دهد.”

شرکت 24M (کمبریج، MA)، سپس یک سلول آزمایشی با این شیمی ساخت و آن را به And Battery Aero (پالو آلتو، کالیفرنیا) فرستاد – استارت‌آپی که ویسواناتان با دکترای سابق خود تأسیس کرد. دانش آموز Shashank Sripad، یکی از نویسندگان این مطالعه و مطالعه مربوط به سال 2018.

Sripad سلول را با کشیدن مکرر نیرو از آن در یک توالی واقعی از برخاست، پرواز و فرود آزمایش کرد، گویی سلول بخشی از یک ماژول باتری کامل است که یک هواپیمای الکتریکی را تامین می‌کند. در مقایسه با باتری‌های معمولی، سلول جدید نسبت نیرو به انرژی مورد نیاز برای پرواز الکتریکی را چهار برابر طولانی‌تر حفظ کرد.

هلمز گفت: «بخش‌های حمل‌ونقل سنگین، از جمله هوانوردی، از نظر برق‌رسانی مورد بررسی قرار نگرفته‌اند. “کار ما آنچه را که ممکن است بازتعریف می کند و مرزهای فناوری باتری را برای فعال کردن کربن زدایی عمیق تر می کند.”

در مرحله بعد، 24M یک باتری کامل می‌سازد که Battery Aero آن را روی پایه پروانه آزمایش می‌کند و پروانه را به طور مکرر در مسیر پرواز می‌چرخاند. سپس، در سال آینده، تیم قصد دارد آزمایش پرواز الکتریکی را با آن باتری‌ها انجام دهد.

این تیم – که شامل دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی است – همچنین قصد دارد استفاده از omics را در تحقیقات باتری گسترش دهد و تعاملات اجزای مختلف الکترولیت را برای درک بیشتر و تنظیم عملکرد باتری‌ها برای استفاده فعلی و در حال ظهور بررسی کند. -موارد در حمل و نقل و شبکه.

Viswanathan و Sripad منافع مالی در And Battery Aero دارند.