Дослідники з Національної лабораторії імені Лоуренса Берклі використали оміксні технології, які традиційно застосовуються в біології, щоб покращити довговічність та ефективність батарей електричних літаків. Їхнє дослідження виявило, що певні солі в електроліті можуть утворювати захисне покриття на частинках катоду, значно збільшуючи термін служби батареї та готуючи підґрунтя для запланованого тестового польоту у 2025 році.
Недавнє дослідження показало, що новаторський розчин електроліту, ідентифікований за допомогою методики біонауки, збільшив у чотири рази цикл життя батарей, що використовуються в електричних літаках.
Коли справа доходить до з'ясування причин втрати потужності батарей електричних літаків з часом, зазвичай не спадає на думку звертатися до підходу, який біологи використовують десятиліттями для вивчення структури та функцій компонентів у живих організмах. Однак виявляється, що оміксні технології, які допомогли вченим розгадати таємниці людського геному, можуть також скоро відігравати ключову роль у реалізації безвуглецевих повітряних подорожей.
У новому дослідженні, опублікованому в журналі Joule, команда дослідників під керівництвом Національної лабораторії імені Лоуренса Берклі (Берклі Лаб) Міністерства енергетики США використала оміксні методики для вивчення складних взаємодій між анодом, катодом і електролітом батарей електричних літаків. Одним з найважливіших відкриттів стало те, що певні солі, змішані з електролітом батареї, утворюють захисне покриття на частинках катоду, роблячи їх набагато стійкішими до корозії, що, в свою чергу, покращує термін служби батареї.
Команда дослідників, до якої входять вчені з Каліфорнійського університету в Берклі, Мічиганського університету та промислові партнери ABA (Пало-Альто, Каліфорнія) та 24M (Кембридж, Массачусетс), розробила та випробувала батарею для електричних літаків, використовуючи новий розчин електроліту. Батарея показала чотириразове збільшення кількості циклів у порівнянні зі звичайними батареями, протягом яких вона могла підтримувати співвідношення потужності до енергії, необхідне для електричного польоту. Наступним кроком у проєкті буде виготовлення достатньої кількості батарей (приблизно 100 кВт·год загальної ємності) для запланованого тестового польоту у 2025 році.
"Важкі транспортні сектори, включаючи авіацію, мало досліджені з точки зору електрифікації", — сказав Бретт Хелмс, відповідальний автор дослідження та старший науковий співробітник Молекулярної лабораторії Берклі. "Наша робота переосмислює можливе, розширюючи межі технологій батарей для глибшої декарбонізації."
Бретт Хелмс, старший науковий співробітник Молекулярної лабораторії, разом з Йонгміном Ко, постдокторантом, який тримає батарею у формі монети, використану в цьому дослідженні. Фото: Джеремі Демарто
Електричні авіаперельоти представляють унікальні виклики
На відміну від батарей електричних транспортних засобів, які пріоритетно забезпечують тривалу енергію на великі відстані, батареї електричних літаків стикаються з унікальними викликами високих потреб у потужності для зльоту та посадки, поєднаними з високою енергетичною щільністю для тривалого польоту.
"У електромобілі ви зосереджуєтеся на зменшенні ємності з часом," сказав Йонгмін Ко, постдокторант Молекулярної лабораторії Берклі і провідний автор дослідження. "Але для літаків критичним є зменшення потужності — здатність постійно досягати високої потужності для зльоту та посадки."
За словами Ко, традиційні конструкції батарей в цьому аспекті не справляються, головним чином через недостатнє розуміння того, що відбувається на межах між електролітом, анодами та катодами. Ко зазначив, що саме тут в гру вступає оміксний підхід, методологія, запозичена з біологічних наук для розшифровки моделей змін хімічних підписів у складних системах.
"Біологи використовують омікс для вивчення складних взаємовідносин між такими речами, як експресія генів та структура ДНК," сказав Хелмс. "Тож ми хотіли подивитися, чи можемо використати подібний підхід для дослідження хімічних підписів компонентів батареї та визначити реакції, що сприяють зменшенню потужності, і де вони відбуваються."
Дослідники зосередили свій аналіз на літієвих металевих батареях з високовольтними, високощільними шаруватими оксидами, що містять нікель, марганець і кобальт. На відміну від попередніх досліджень, які зазвичай вважали, що проблема зменшення потужності виникає через процеси в аноді батареї, команда спостерігала, що зменшення потужності в основному походить від катодного боку. Саме там частинки тріскалися і кородували з часом, перешкоджаючи руху заряду та зменшуючи ефективність батареї. Крім того, дослідники виявили, що певні електроліти можуть контролювати швидкість корозії на межі катода.
"Це був неочікуваний результат," — сказав Ко. "Ми виявили, що змішування солей в електроліті може знижувати реактивність зазвичай активних речовин, що утворює стабілізуюче, корозійно-стійке покриття."
Після розробки нового електроліту дослідники протестували його в батареї великої ємності. Вона показала відмінну збереженість потужності, використовуючи реалістичну місію для електричного вертикального зльоту і посадки. Команда сподівається на виготовлення батарей до запланованого тестового польоту в 2025 році в прототипі літака, створеного чотирма партнерами eVTOL (вертикального зльоту і посадки), до кінця року. У майбутньому Хелмс і Ко зазначили, що команда та їхні колеги планують розширити використання оміксних технологій у дослідженнях батарей, вивчаючи взаємодії різних компонентів електроліту для подальшого розуміння та налаштування продуктивності батарей для поточних і нових випадків використання в транспорті та електричних мережах.
За матеріалами scitechdaily.com
Схожі новини
Відкрита вакансія Web developer
Графік роботи Компанії СЕА під час новорічних свят
З Різдвом Христовим та Новим Роком!
Увійдіть або зареєструйтесь