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La NASA cerca di creare una batteria migliore e più sicura con SABERS

2021-06-16
TEMI:
Tecnologia della batteria, NASA
Di JOHN GOULD, NASA, 11 APRILE 2021



Per alimentare i velivoli a propulsione elettrica di domani, come quello mostrato in questa illustrazione, saranno necessari nuovi design di batterie più sicuri rispetto ai modelli di oggi. Un progetto di ricerca della NASA chiamato SABERS sta testando nuovi modi per combinare materiali familiari ed esotici per costruire una batteria migliore. Credito: NASA

Affrontare i problemi della batteria sui nostri telefoni, tablet o laptop può essere frustrante.

Sebbene le batterie siano ovunque nella vita di tutti i giorni, molte subiscono ancora guasti e guasti. Il piccolo inconveniente di doverli ricaricare più spesso potrebbe persino trasformarsi in riparazioni costose o nell'acquisto di un nuovo dispositivo. Le batterie di dispositivi elettronici più grandi, come hoverboard o automobili, possono persino prendere fuoco.

Ora, con una crescente enfasi sulla sostenibilità dell'aviazione, l'interesse per l'utilizzo di batterie per alimentare parzialmente o completamente i sistemi di propulsione elettrica su aeromobili di tutte le dimensioni sta crescendo ogni giorno.
Quindi, la domanda è: potrebbe esserci un modo migliore per costruire batterie che siano completamente sicure e che non si guastino o addirittura prendano fuoco?

Un'attività della NASA chiamata SABERS, o "Batterie ad architettura a stato solido per una maggiore ricaricabilità e sicurezza", sta studiando come creare una batteria più sicura utilizzando materiali nuovi di zecca e nuovi metodi di costruzione.

L'obiettivo è creare una batteria che abbia un'energia significativamente maggiore rispetto alle batterie agli ioni di litio che utilizziamo attualmente. Inoltre, questa batteria non perderebbe capacità nel tempo, non prenderebbe fuoco o metterebbe in pericolo i passeggeri se qualcosa va storto.

"Invece di prendere una batteria dallo scaffale, abbiamo deciso che dovevamo sviluppare una batteria da zero che sarebbe stata adattata ai requisiti di prestazioni unici di un aereo elettrico", ha affermato Rocco Viggiano, ricercatore capo di SABERS presso la NASA. s Glenn Research Center di Cleveland.
Si scopre che le batterie a stato solido sono adatte.

A differenza di molte batterie odierne, le batterie che SABRES desidera creare non hanno alcun liquido nel loro design. Una batteria completamente solida ha un imballaggio meno complicato, riduce i rischi per la sicurezza e può sopportare più danni di una batteria con liquidi al suo interno.

Il progetto ha esaminato l'utilizzo di una combinazione unica degli elementi zolfo e selenio per mantenere la carica elettrica.

â€Una batteria a stato solido zolfo-selenio è fresca al tatto e non prende fuoco. Ha un profilo più sottile rispetto alle batterie agli ioni di litio e ha una migliore conservazione dell'energia. Può subire un duro colpo e continuare a funzionare, spesso in condizioni non ideali", ha detto Viggiano.

Un ulteriore vantaggio è che lo zolfo è un sottoprodotto della raffinazione del petrolio. Ci sono scorte dell'elemento in tutto il mondo che sono accessibili e aspettano solo di essere utilizzate. Con un po' di immaginazione, questo prodotto di scarto può essere trasformato in qualcosa che alimenta veicoli ecologici.

L'immaginazione è un altro aspetto di SABRES.

Il progetto cerca di utilizzare elementi che non sono mai stati combinati prima per formare una batteria. Ad esempio, un componente sviluppato dalla NASA chiamato "holey grafene" (chiamato per i fori sulla sua superficie per consentire il passaggio dell'aria), ha un livello molto elevato di conduttività elettrica. È ultraleggero e rispettoso dell'ambiente.

"Questo materiale non è mai stato utilizzato nei sistemi di batterie e lo stiamo combinando con altri materiali che non sono mai stati utilizzati", ha affermato Viggiano.

LE SCIABOLE fanno passi da gigante

È noto che le batterie a stato solido hanno una bassa velocità di scarica. In altre parole, la quantità di energia che esce dalla batteria contemporaneamente è troppo bassa. Ma i ricercatori di SABERS hanno quasi raddoppiato questo tasso di scarica, il che significa che le batterie a stato solido potrebbero effettivamente alimentare dispositivi elettronici più grandi.

â€Abbiamo superato il nostro obiettivo. Con un maggiore sviluppo, possiamo migliorare ulteriormente questo tasso", ha affermato Viggiano. Gli obiettivi ei successi del progetto hanno attirato l'attenzione di aziende come Uber e diverse altre aziende interessate alla produzione di veicoli per i futuri ambienti di mobilità aerea avanzata.

Il prossimo passo per SABERS è quello di eseguire il design della batteria attraverso i suoi passi. Ciò includerà testare come funziona in situazioni pratiche, assicurarsi che sia sicuro e raccogliere dati sulle sue prestazioni. In caso di successo, il design potrebbe essere ulteriormente ottimizzato.

Nel frattempo, la sicurezza rimane la considerazione numero uno.

L'attuale ricerca sulle batterie è principalmente orientata verso l'industria automobilistica, i cui standard di sicurezza sono generalmente meno restrittivi di quelli richiesti per le applicazioni aeronautiche in cui le batterie incontrano ambienti più stressanti.

SABERS vuole aiutare a stabilire quel nuovo standard più elevato per l'uso nel settore dell'aviazione dimostrando che rendere le batterie più sicure è tecnicamente fattibile ed economicamente redditizio.

Quali requisiti dovrebbero soddisfare queste batterie a stato solido? Sulla base di un'analisi di ciò che potrebbe essere necessario per far funzionare un pratico aereo elettrico, le cinque considerazioni su cui si è concentrato SABERS erano sicurezza, densità di energia, velocità di scarica, design del pacchetto e scalabilità.

Essenzialmente, queste batterie devono essere sicure prima di tutto. Devono anche contenere un'enorme quantità di energia ed emetterla in modo efficiente. Dovrebbero anche avere una forma sottile e compatta ed essere sviluppati con l'approccio più dettagliato e completo possibile.

Infine, SABERS sta determinando la fattibilità di batterie sicure per aerei a propulsione elettrica. In caso di successo, queste innovazioni potrebbero contribuire a consentire una nuova era di accumulo di energia per i futuri viaggi aerei.

SABERS fa parte del progetto Convergent Aeronautics Solutions, progettato per fornire ai ricercatori della NASA le risorse di cui hanno bisogno per determinare se le loro idee per risolvere alcune delle maggiori sfide tecniche dell'aviazione sono fattibili e forse degne di ulteriori ricerche all'interno della NASA o da parte della NASA. industria.

Selezionata per essere un'attività di due anni iniziata il 1 ottobre 2019, le interruzioni dell'inseguimento dovute alla pandemia di COVID-19 possono portare a una proroga, anche se nulla è stato ancora deciso.