Nieuws uit de sector

NASA wil een betere, veiligere batterij maken met SABERS

2021-06-16
ONDERWERPEN:
Batterijtechnologie, NASA
Door JOHN GOULD, NASA 11 APRIL 2021



Nieuwe batterijontwerpen die veiliger zijn dan de modellen van vandaag, zullen nodig zijn om de elektrisch aangedreven vliegtuigen van morgen, zoals die in deze illustratie, van stroom te voorzien. Een NASA-onderzoeksproject genaamd SABERS test nieuwe manieren om zowel bekende als exotische materialen te combineren om die betere batterij te bouwen. Krediet: NASA

Omgaan met batterijproblemen op onze telefoons, tablets of laptops kan frustrerend zijn.

Hoewel batterijen overal in het dagelijks leven zijn, hebben velen nog steeds te maken met storingen en storingen. Het kleine ongemak dat ze vaker moeten opladen, kan zelfs leiden tot dure reparaties of het kopen van een nieuw apparaat. Batterijen in grotere elektronica, zoals hoverboards of auto's, kunnen zelfs vlam vatten.

Nu, met toenemende nadruk op duurzaamheid van de luchtvaart, groeit de belangstelling voor het gebruik van batterijen om elektrische voortstuwingssystemen gedeeltelijk of volledig aan te drijven in vliegtuigen van elke grootte met de dag.
Dus de vraag is of er een betere manier is om batterijen te bouwen die volkomen veilig zijn en niet kapot gaan of zelfs vlam vatten?

Een NASA-activiteit genaamd SABERS, of 'Solid-state Architecture Batteries for Enhanced Rechargeability and Safety', onderzoekt hoe een veiligere batterij kan worden gemaakt door gebruik te maken van gloednieuwe materialen en nieuwe constructiemethoden.

Het doel is om een ​​batterij te maken die aanzienlijk meer energie heeft dan de lithium-ionbatterijen die we momenteel gebruiken. Deze batterij zou ook na verloop van tijd geen capaciteit verliezen, vlam vatten of passagiers in gevaar brengen als er iets misgaat.

"In plaats van een batterij uit de kast te halen, besloten we dat we een batterij helemaal opnieuw moesten ontwikkelen die zou zijn afgestemd op de unieke prestatie-eisen van een elektrisch vliegtuig", zegt Rocco Viggiano, hoofdonderzoeker SABERS bij NASA. s Glenn Research Center in Cleveland.
Blijkt dat solid-state batterijen passen bij de rekening.

In tegenstelling tot veel batterijen van tegenwoordig, hebben de batterijen die SABERS wil maken geen vloeistof in hun ontwerp. Een volledig solide batterij heeft een minder gecompliceerde verpakking, verlaagt de veiligheidsrisico's en is bestand tegen meer schade dan een batterij met vloeistoffen erin.

Het project heeft onderzocht met behulp van een unieke combinatie van de elementen zwavel en selenium om elektrische lading vast te houden.

“Een solid-state zwavel-seleniumbatterij voelt koel aan en vat geen vlam. Het heeft een slanker profiel dan lithium-ionbatterijen en heeft een betere energieopslag. Het kan tegen een stootje en werkt nog steeds, vaak in minder dan ideale omstandigheden,†zei Viggiano.

Een bijkomend voordeel is dat zwavel een bijproduct is van olieraffinage. Er zijn wereldwijd voorraden van het element die toegankelijk zijn en wachten om gebruikt te worden. Met wat fantasie kan dit afvalproduct worden omgezet in iets dat milieuvriendelijke voertuigen aandrijft.

Verbeelding is een ander aspect van SABERS.

Het project probeert elementen te gebruiken die nog nooit eerder zijn gecombineerd om een ​​batterij te vormen. Een door NASA ontwikkeld onderdeel genaamd “holey grafeen†(genoemd naar de gaten in het oppervlak om lucht door te laten), heeft bijvoorbeeld een zeer hoge elektrische geleidbaarheid. Het is ultralicht en milieuvriendelijk.

"Dit materiaal is nog nooit gebruikt in batterijsystemen en we combineren het met andere materialen die nog nooit zijn gebruikt," zei Viggiano.

SABERS maakt vooruitgang

Het is bekend dat solid-state batterijen een lage ontladingssnelheid hebben. Met andere woorden, de hoeveelheid stroom die in één keer uit de batterij stroomt is te laag. Maar SABERS-onderzoekers hebben deze ontladingssnelheid bijna verdubbeld, wat betekent dat solid-state batterijen mogelijk grotere elektronica van stroom kunnen voorzien.

“We hebben ons doel overschreden. Met meer ontwikkeling kunnen we dat percentage nog verder verbeteren,†zei Viggiano. De doelstellingen en successen van het project hebben de aandacht getrokken van bedrijven zoals Uber en verschillende andere bedrijven die geïnteresseerd zijn in de productie van voertuigen voor toekomstige Advanced Air Mobility-omgevingen.

De volgende stap voor SABERS is om het batterijontwerp tot in de puntjes uit te werken. Dit omvat het testen hoe het werkt in praktische situaties, ervoor zorgen dat het veilig is en het verzamelen van gegevens over de prestaties. Als dit lukt, kan het ontwerp nog verder worden geoptimaliseerd.

Ondertussen blijft veiligheid de belangrijkste overweging.

Het huidige batterijonderzoek is meestal gericht op de auto-industrie, waarvan de veiligheidsnormen over het algemeen minder streng zijn dan die vereist voor luchtvaarttoepassingen waar de batterijen in meer stressvolle omgevingen komen te staan.

SABERS wil helpen die nieuwe, hogere standaard voor gebruik in de luchtvaart te stellen door te bewijzen dat het maken van veiligere batterijen zowel technisch haalbaar als economisch lucratief is.

Aan welke eisen moeten deze solid-state batterijen voldoen? Op basis van een analyse van wat nodig zou kunnen zijn om een ​​praktisch elektrisch vliegtuig te besturen, waren de vijf overwegingen waar SABERS zich op richtten veiligheid, energiedichtheid, ontladingssnelheid, pakketontwerp en schaalbaarheid.

In wezen moeten deze batterijen boven alles veilig zijn. Ze moeten ook een enorme hoeveelheid vermogen vasthouden en dat vermogen efficiënt uitstralen. Ze moeten ook een slanke en compacte vorm hebben en worden ontwikkeld met de meest gedetailleerde en grondige aanpak die mogelijk is.

Uiteindelijk bepaalt SABERS de haalbaarheid van veilige batterijen voor elektrisch aangedreven vliegtuigen. Als ze succesvol zijn, kunnen deze innovaties een nieuw tijdperk van energieopslag voor toekomstige vliegreizen mogelijk maken.

SABERS maakt deel uit van het Convergent Aeronautics Solutions-project, dat is ontworpen om NASA-onderzoekers de middelen te geven die ze nodig hebben om te bepalen of hun ideeën om enkele van de grootste technische uitdagingen van de luchtvaart op te lossen haalbaar zijn, en misschien het waard zijn om bij NASA of door industrie.

Geselecteerd als een tweejarige activiteit die begon op 1 oktober 2019, kunnen onderbrekingen in de achtervolging als gevolg van de COVID-19-pandemie leiden tot een verlenging, hoewel er nog niets is besloten.