Wydajność i bezpieczeństwo akumulatorów od dawna stoją na drodze do elektryfikacji lotnictwa, ale wkrótce może się to zmienić.
Nowa technologia akumulatorów opracowywana przez NASA może pomóc zrewolucjonizować podróże lotnicze.
Lotnictwo odpowiada za około 2,4% światowej emisji CO2. Naukowcy od dawna szukali sposobu na zelektryfikowanie podróży lotniczych i wyeliminowanie tych emisji.
Ale obecna technologia baterii działa tylko w przypadku niektórych lżejszych samolotów, takich jak drony. Nie zapewnia wystarczającej mocy ani zasięgu dla samolotów pasażerskich, co oznacza, że są one rzadkie i nie są powszechnie używane.
Baterie litowo-jonowe, które są używane w samochodach elektrycznych i urządzeniach osobistych, również nie spełniają norm bezpieczeństwa niezbędnych do ich stosowania w lotnictwie. Ze względu na swoją łatwopalność podczas lotu nie można wkładać do bagażu rejestrowanego takich przedmiotów, jak laptopy czy telefony.
Tak więc, aby samoloty napędzane elektrycznie oderwały się od ziemi, potrzebne jest inne rozwiązanie. W tym miejscu wkraczają badania NASA.
Co to jest bateria półprzewodnikowa i jak może zasilać samolot?
Amerykańska agencja kosmiczna opracowuje technologię, która nie wykorzystuje płynnych chemikaliów elektrolitycznych – głównego problemu bezpieczeństwa wielu baterii. Substancje te mogą ulegać reakcji łańcuchowej, która powoduje ich nagrzewanie się, reagowanie bardziej z powodu ciepła i ostatecznie zapalenie się.
W ramach projektu NASA Solid-state Architecture Batteries for Enhanced Rechargeability and Safety (SABERS) trwają prace nad alternatywą – bateriami półprzewodnikowymi. Nie tylko mają moc i wydajność potrzebne samolotom, ale zachowują solidną konstrukcję nawet po uszkodzeniu, co oznacza, że nie zapalają się.
Prototypowa bateria siarkowo-selenowa opracowana w ramach projektu wytwarza 500 watogodzin energii na kilogram baterii. To dwukrotnie więcej niż gęstość energii w porównaniu ze standardową baterią litowo-jonową.
Samoloty wymagają również źródła zasilania do szybkiego rozładowania energii. Naukowcy z NASA używają analogii do baterii przypominającej wiadro. Jego energia lub pojemność to to, ile wiadro może pomieścić, a jego moc to szybkość, z jaką można je opróżnić. Samoloty elektryczne wymagałyby, aby rozładowywał energię lub opróżniał to wiadro w niezwykle szybkim tempie.
Do tej pory dokonali skoków w zwiększaniu szybkości rozładowania o czynnik 10, a następnie o kolejne 5 w miarę ulepszania prototypów.
Naukowcy odkryli również, że ich akumulatory półprzewodnikowe mogą wytrzymać temperatury dwa razy wyższe niż alternatywy litowo-jonowe. Lekka konstrukcja pomaga zmieścić więcej mocy w mniejszej przestrzeni.
„Ta konstrukcja nie tylko eliminuje 30 do 40 procent wagi akumulatorów, ale także pozwala nam podwoić, a nawet potroić energię, jaką mogą zmagazynować, znacznie przekraczając możliwości akumulatorów litowo-jonowych, które są uważane za najnowocześniejsze sztuki” – powiedział Rocco Viggiano, główny badacz SABRES w komunikacie prasowym z zeszłego roku.
Czy samoloty zasilane bateriami mogą wkrótce stać się rzeczywistością?
Baterie półprzewodnikowe wciąż są testowane, w związku z czym ich tworzenie jest niezwykle kosztowne. Musiałyby również przejść szeroko zakrojone testy, zanim zostaną dopuszczone do użytku w lotach komercyjnych.
Oznacza to, że może upłynąć dużo czasu, zanim zobaczymy, że technologia jest faktycznie używana. Ale ostatnie przełomy NASA w zwiększeniu szybkości rozładowywania akumulatorów półprzewodnikowych usunęły niektóre z przeszkód, które wcześniej stały na drodze samolotów elektrycznych.
