Новая конструкция литий-серной батареи может почти вдвое увеличить дальность полета дрона благодаря плотности энергии 549 Вт·ч/кг.
Китайские исследователи разработали конструкцию литий-серной батареи, которая может значительно увеличить время полета дронов, решив одну из самых давних и серьезных проблем этой технологии.
Исследовательская группа под руководством Шэньчжэньской международной аспирантуры Университета Цинхуа заявила о разработке новой молекулярной стратегии, которая повышает эффективность реакций внутри литий-серных батарей, одновременно снижая потери энергии во время работы.
Это достижение может помочь значительно повысить плотность энергии батарей, превзойдя пределы возможностей современных литий-ионных систем, используемых в большинстве коммерческих дронов. Обычные литий-ионные батареи, как правило, обеспечивают менее 300 ватт-часов на 2,2 фунта веса, что ограничивает продолжительность полета и грузоподъемность.
Литий-серные батареи долгое время рассматривались как альтернатива следующего поколения, поскольку сера дешева, доступна в больших количествах и способна накапливать гораздо больше энергии. Однако химический состав этих батарей по-прежнему сложно стабилизировать в течение многократных циклов зарядки и разрядки.
Молекула предотвращает потерю энергии.
Одной из самых больших проблем в литий-серных батареях является образование растворимых промежуточных соединений в процессе работы. Эти соединения перемещаются внутри батареи, замедляя реакции и снижая эффективность со временем.
Для решения этой проблемы исследователи ввели так называемый «премедиатор» для электрохимических реакций серы. По словам исследователей, добавка остается неактивной до тех пор, пока не начнется реакция серы.
«Представьте это как специальную добавку, которая находится внутри батареи в спящем режиме, пока не понадобится. Когда начинается реакция серы, добавка пробуждается прямо там, где происходит основная активность, и начинает действовать», — сказал агентству Синьхуа Чжоу Гуанмин, научный сотрудник Института геологических и технологических исследований Университета Цинхуа.
После активации молекула захватывает дрейфующие промежуточные соединения и улучшает перенос заряда внутри батареи. Исследователи заявили, что такая конструкция создает более быстрые пути реакции и стабилизирует общий электрохимический процесс.
Команда также переработала внутреннюю реакционную сеть на молекулярном уровне. По словам исследователей, новый подход снизил внутреннее сопротивление батареи на 75 процентов по сравнению с традиционными литий-серными конструкциями.
В лабораторных условиях батарея продемонстрировала стабильную работу в течение 800 циклов зарядки-разрядки, сохранив при этом почти 82 процента своей первоначальной емкости.
Беспилотники получили увеличенную дальность полета.
Исследователи также создали прототип аккумуляторной батареи в виде пакета, которая достигла плотности энергии 549 ватт-часов на 2,2 фунта, что почти вдвое больше, чем у многих батарей для дронов, используемых в настоящее время.
«Для дронов это очень важно. Более высокая плотность энергии означает более длительное время полета, большую полезную нагрузку и больший рабочий диапазон», — сказал Чжоу.
Команда заявила, что эта технология может улучшить ряд применений дронов, включая доставку посылок, проверку линий электропередач и операции по реагированию на чрезвычайные ситуации, где критически важно увеличить время полета.
«Беспилотник для доставки мог бы летать дальше, чтобы доставить посылки. Беспилотник для осмотра линий электропередач мог бы осмотреть больше опор за один раз. Беспилотник для поисково-спасательных работ мог бы дольше оставаться в воздухе, когда каждая минута на счету», — добавил Чжоу.
Помимо беспилотных летательных аппаратов, исследователи считают, что стратегия молекулярного проектирования может быть адаптирована также для проточных батарей, литий-металлических батарей и технологий переработки батарей.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.
Sourse: interestingengineering.com
