Дослідники з Національної лабораторії Лоуренса Берклі та Мічиганського університету звернулися до сучасних біологічних лабораторій, щоб знайти методи покращення продуктивності батареї в електричних літаках. Технологія, яка допомагає нам краще зрозуміти наші клітини, також може відкрити майбутнє авіаперельотів без викидів.

Розроблені нами типи акумуляторів зробили електрифікацію дорожнього транспорту відносно легкою. Ці батареї можуть забезпечувати стабільну енергію протягом тривалого часу, допомагаючи автомобілям і вантажівкам пересуватися на великі відстані. 

Однак політ представляє інший тип виклику. Літак потребує інтенсивної потужності під час зльоту та посадки, вимагаючи постійної потужності протягом усього польоту. Щоб авіаперельоти досягли стійкості завдяки використанню технології акумуляторів, акумулятор повинен виконувати цю подвійну роль. 

За словами Янгміна Ко, аспіранта з лабораторії Берклі, звичайні батареї не призначені для виконання цієї подвійної ролі. Частково це пов’язано з тим, що ми не розуміємо, як відбуваються складні реакції на аноді, катоді та між електролітом. 

Чим може допомогти omics? 

Біологи протягом століть намагалися зрозуміти роль компонентів клітини та їх складну взаємодію. За останні кілька десятиліть дослідники застосували ширший підхід і вивчали їх разом з іншими компонентами замість того, щоб працювати окремо. У біології це називається omics – сукупністю складових клітини – і допомогло дослідникам краще зрозуміти роль геному (genomics), білків (proteomics) і метаболітів (metabolomics). 

Дослідники з Берклі та Мічиганського університету також використовували цей підхід, щоб зрозуміти реакції між кількома компонентами електричної батареї. Вони зосередили свою увагу на літій-іонних батареях, які сьогодні широко використовуються на ринку, але ще не змогли задовольнити вимоги транспортування на далекі відстані. 

Покращення акумулятора

Використовуючи підхід omics, дослідники визначили, що нездатність літієвих батарей забезпечувати високу потужність протягом тривалого часу не була проблемою анода, як вважалося. Натомість першопричиною був катод. Дослідники виявили, що коли певні солі змішуються в електроліті, вони утворюють захисне покриття навколо катода, роблячи його стійким до корозії та покращуючи його продуктивність. 

“Ми виявили, що змішування солей в електроліті може пригнічувати реакційну здатність типово реакційних речовин, які утворюють стабілізуюче корозійно-стійке покриття”, – додав Ко в прес-релізі. 

Для цього проекту дослідники співпрацювали з промисловістю. Вони використали свої нові знання для розробки нової батареї для електричних літаків. Команда виявила, що їхній новий дизайн батареї в чотири рази кращий за звичайні батареї з точки зору кількості циклів, які вони можуть підтримувати співвідношення потужності та енергії, необхідне для польоту. 

Зараз команда працює над створенням батареї ємністю 100 кВт/год для проведення випробувального польоту літака з електричним вертикальним зльотом і посадкою (eVTOL) вже у 2025 році. 

“Сектори важкого транспорту, вивченівключаючи авіацію, були недостатньо  в електрифікації”, – сказав Бретт Хелмс, науковий співробітник лабораторії Берклі. “Наша робота переосмислює те, що можливо, розсуваючи межі технології акумуляторів, щоб забезпечити глибшу декарбонізацію”.

Дослідники також продовжуватимуть використовувати підхід omics для вивчення взаємодії інших компонентів батареї та покращення її продуктивності в майбутньому. 

Джерело: Interesting Engineering