Ο νέος σχεδιασμός μπαταρίας λιθίου-θείου θα μπορούσε να επεκτείνει σημαντικά τον χρόνο πτήσης των drones χάρη σε ενεργειακή πυκνότητα 549 Wh/kg, σύμφωνα με άρθρο του Interesting Engineering
Κινέζοι ερευνητές έχουν αναπτύξει έναν σχεδιασμό μπαταρίας λιθίου-θείου (Li-S) που θα μπορούσε να επεκτείνει σημαντικά τον χρόνο πτήσης των drones, επιλύοντας ένα από τα μεγαλύτερα μακροχρόνια προβλήματα της τεχνολογίας.
Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τη Σχολή Μεταπτυχιακών Σπουδών Tsinghua Shenzhen International δήλωσε ότι δημιούργησε μια νέα μοριακή στρατηγική που βελτιώνει την αποδοτικότητα των αντιδράσεων μέσα στις μπαταρίες Li-S, μειώνοντας παράλληλα την απώλεια ενέργειας κατά τη λειτουργία.
Η πρόοδος αυτή θα μπορούσε να βοηθήσει να ξεπεραστούν κατά πολύ τα όρια των σημερινών συστημάτων λιθίου-ιόντων που χρησιμοποιούνται στους περισσότερους εμπορικούς drones.
Οι συμβατικές μπαταρίες λιθίου-ιόντων συνήθως αποδίδουν λιγότερο από 300 βατώρες ανά 2,2 lb, περιορίζοντας τη διάρκεια πτήσης και την ικανότητα μεταφοράς φορτίου.
Οι μπαταρίες Li-S έχουν εδώ και καιρό θεωρηθεί ως μια εναλλακτική επόμενης γενιάς, επειδή το θείο είναι φθηνό, άφθονο και ικανό να αποθηκεύει πολύ μεγαλύτερες ποσότητες ενέργειας.
Όμως η χημεία τους παρέμεινε δύσκολο να σταθεροποιηθεί κατά τη διάρκεια επαναλαμβανόμενων κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης.
Μόριο που σταματά την απώλεια ενέργειας
Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στις μπαταρίες Li-S είναι ο σχηματισμός διαλυτών ενδιάμεσων ενώσεων κατά τη λειτουργία.
Αυτές οι ενώσεις μετακινούνται μέσα στη μπαταρία, προκαλώντας αργές αντιδράσεις και μειώνοντας την αποδοτικότητα με την πάροδο του χρόνου.
Για να αντιμετωπίσουν αυτό, οι ερευνητές εισήγαγαν αυτό που ονόμασαν «premediator» για την ηλεκτροχημεία του θείου. Σύμφωνα με τους ερευνητές, το πρόσθετο παραμένει ανενεργό μέχρι να ξεκινήσει η αντίδραση του θείου.
«Σκεφτείτε το ως ένα ειδικό πρόσθετο που κοιμάται μέσα στην μπαταρία μέχρι να χρειαστεί. Όταν ξεκινά η αντίδραση του θείου, το πρόσθετο ξυπνά ακριβώς εκεί που συμβαίνει η δράση και αρχίζει να λειτουργεί», δήλωσε ο ερευνητής Zhou Guangmin από το Tsinghua SIGS στο πρακτορείο Xinhua news agency..
Μόλις ενεργοποιηθεί, το μόριο συλλαμβάνει τις ενδιάμεσες ενώσεις που μετακινούνται και βελτιώνει τη μεταφορά φορτίου μέσα στη μπαταρία. Οι ερευνητές ανέφεραν ότι ο σχεδιασμός δημιουργεί ταχύτερες διαδρομές αντίδρασης και σταθεροποιεί τη συνολική ηλεκτροχημική διαδικασία.
Η ομάδα επίσης επανασχεδίασε το εσωτερικό δίκτυο αντίδρασης σε μοριακό επίπεδο. Σύμφωνα με τους ερευνητές, η νέα προσέγγιση μείωσε την εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας κατά 74% σε σύγκριση με τους συμβατικούς σχεδιασμούς Li-S.
Σε εργαστηριακές δοκιμές, η μπαταρία διατήρησε σταθερή απόδοση για 800 κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης, διατηρώντας σχεδόν το 82% της αρχικής της χωρητικότητας.
Τα drones αποκτούν μεγαλύτερη εμβέλεια
Οι ερευνητές κατασκεύασαν επίσης ένα πρωτότυπο pouch cell (σ.σ: κυψέλη τύπου «σακούλας») που πέτυχε ενεργειακή πυκνότητα 549 βατωρών ανά 2,2 lb, σχεδόν διπλάσια από αυτή πολλών μπαταριών drones που χρησιμοποιούνται σήμερα.
«Για τα drones, αυτό έχει μεγάλη σημασία. Μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα σημαίνει μεγαλύτερους χρόνους πτήσης, μεγαλύτερο ωφέλιμο φορτίο και μεγαλύτερη εμβέλεια εργασίας», δήλωσε ο Zhou.
Η ομάδα ανέφερε ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να βελτιώσει διάφορες εφαρμογές drones, συμπεριλαμβανομένης της παράδοσης δεμάτων, της επιθεώρησης γραμμών ηλεκτρικού ρεύματος και επιχειρήσεων έκτακτης ανάγκης όπου ο μεγαλύτερος χρόνος παραμονής στον αέρα είναι κρίσιμος.
«Ένα drone παράδοσης θα μπορούσε να πετά πιο μακριά για να παραδώσει πακέτα. Ένα drone επιθεώρησης γραμμών ηλεκτρικού ρεύματος θα μπορούσε να καλύψει περισσότερους πυλώνες με μία έξοδο. Ένα drone έρευνας και διάσωσης θα μπορούσε να παραμείνει στον αέρα περισσότερο όταν κάθε λεπτό μετράει», ολοκλήρωσε ο Zhou.
Πέρα από τα drones, οι ερευνητές πιστεύουν ότι η μοριακή στρατηγική σχεδίασης θα μπορούσε επίσης να προσαρμοστεί για μπαταρίες ροής, μπαταρίες λιθίου-μετάλλου και τεχνολογίες ανακύκλωσης μπαταριών.
(Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature)
www.worldenergynews.gr
