Батареи могут добавить значительную массу к любой конструкции, и они должны поддерживаться с помощью достаточно прочной конструкции, которая сама по себе может добавить значительную массу. Теперь исследователи из Мичиганского университета разработали конструктивную воздушно-цинковую батарею, которая интегрируется непосредственно в машину, которой она питается, и служит несущей частью.
Эта функция экономит вес и, таким образом, увеличивает эффективную емкость накопителя, добавляя и без того огромную плотность энергии химического соединения цинк-воздух. И те самые элементы, которые делают батарею физически сильной, помогают сдерживать давнюю тенденцию химии к ухудшению в течение многих сотен циклов заряда-разряда.
Николай Котов , профессор химического инженера, является руководителем проекта. Он не сказал, сколько ватт-часов хранится в его прототипе на грамм, но он заметил, что цинковый воздух — поскольку он использует окружающий воздух для своих реакций, производящих электричество — по своей природе примерно в три раза плотнее по энергии, чем литий-ионные элементы. . А поскольку использование аккумулятора в качестве конструктивной части означает отказ от внутреннего аккумуляторного блока, вы можете освободить около 20 процентов внутренней части машины. Наряду с другими факторами, новая батарея могла бы в принципе обеспечивать в 72 раза больше энергии на единицу объема (не массы), чем сегодняшние литий-ионные рабочие лошадки.
«Не то чтобы мы изобрели то, что было до нас», — говорит Котов. «Я смотрю в зеркало и вижу свой слой жира — он служит для хранения энергии, но он также служит другим целям», например, согревает вас зимой. (Аналогичный прогресс произошел в ракетостроении, когда конструкторы научились делать некоторые баки с жидким ракетным топливом несущими, устраняя потери массы, связанные с разделением внешнего корпуса и внутренних стенок бака.)
Другие говорили об установке батарей, в том числе литий-ионных, в несущие части транспортных средств. Ford, BMW и Airbus, например, проявили интерес к этой идее. Основная проблема, которую необходимо преодолеть, — это компромисс между электрохимическими характеристиками и механической прочностью в несущих батареях.
Группа из Мичигана добивается обоих качеств, используя твердый электролит (который не может протекать под воздействием напряжения) и покрывая электроды мембраной, наноструктура волокон которой получена из кевлара. Это делает мембрану достаточно прочной, чтобы подавить рост дендритов — разветвленных металлических волокон, которые имеют тенденцию формироваться на электроде при каждом цикле заряда-разряда и портить аккумулятор.
Кевлар не нужно покупать новым, но его можно извлечь из выброшенной бронежилета. По словам Котова, другие этапы производства тоже должны быть простыми. Он только начал разговаривать с потенциальными коммерческими партнерами, но, по его словам, нет причин, по которым его батарея не могла бы появиться на рынке в ближайшие три или четыре года.
Дроны и другие автономные роботы могут быть наиболее логичным первым приложением, потому что их дальность действия сильно зависит от емкости их батарей. Кроме того, поскольку такие роботы не возят людей с собой, они меньше сталкиваются с препятствиями со стороны регуляторов безопасности, опасающихся принципиально нового типа батарей.
«И дело не только в больших роботах Amazon, но и в очень маленьких», — говорит Котов. «Хранение энергии — очень важная проблема для небольших и гибких мягких роботов».
Вот видео, показывающее, как лаборатория Котова использовала батареи, чтобы сформировать «экзоскелет» роботов, которые бегают, как черви или скорпионы.
Ваш портал можно конечно назвать самым полезным. Всегда видно грамотный подход к делу и также качественность, каковые притягивают особое наше внимание.