太空电池研发迎来“爆点”!NASA正全力推进,造出充电更快、更轻便的新型硅电池

作者:发布时间:2020-09-04 08:33

太空ag平台客户端电池研制正迎来“爆点”。NASA好像对太空电池燃起了浓厚兴趣,事实上,这一方面的研制近年来确实成为了一大热门。多亏了NASA等对太空的探究,咱们很或许很快能见到燃料电池技能的显着加速。

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太空用新式电池面世

克莱姆森大学(Clemson University)的科学家们的试验研讨有望创造出更轻、充电更快、功率大增的电池,这些为太空服乃至火星探测器供给动力,也可装置于卫星上。

这项研讨由美国宇航局(NASA)赞助,最近宣告在美国化学学会期刊《运用资料与界面》(the American Chemical Society)上,题为“具有快速分散、高容量、高速率才能和长循环寿数的三维硅阳极”(Three-Dimensional Si Anodes with Fast Diffusion, High Capacity, High Rate Capability, and Long Cycle Life)。

研讨人员之一、克莱姆森大学科学学院物理和地理系的助理教授拉玛克里斯纳·波迪拉(Podila)表明,这种革命性的新电池或许很快就会被用于美国卫星上。

“大多数卫星首要从太阳获取能量,”Podila说。“但卫星有必要可以贮存能量,以备在地球暗影下也可以运用。咱们有必要使电池尽或许轻,由于卫星越重,其使命本钱就越高。”

为了了解该小组的打破,你可以把锂离子电池的石墨阳极幻想成一副卡片,每一张卡片代表一层石墨,用于存储充电,直到需求电。Podila指出,问题在于“石墨不能贮存太多的电荷。”

克莱姆森团队挑选了硅,由于硅可以封装更多的电荷,这意味着更轻的电池可以存储更多的能量。

尽管科学家长期以来一向注重硅的高容量作为电存储,但这种资料分裂成更小的碎片,由于它的电荷和放电。该团队提出的解决方案包含运用“纳米巨细”的(nanosized)硅颗粒,这添加了稳定性,并供给更长的循环寿数。这种新式电池不是用石墨做的一副牌,而是用一种叫做“巴克纸”(Buckypaper)的碳纳米管资料层,中心夹有硅纳米颗粒。

有了这种内部包装,即便硅粒子分解了,它们依然夹在贮存层里。

“独立的碳纳米管薄片使硅纳米颗粒互相电衔接,”CNI的研讨生、该研讨的榜首作者Shailendra Chiluwal表明。“这些纳米管构成一种准三维结构,即便在500个循环后仍能将硅纳米颗粒固定在一起,并减轻了纳米颗粒决裂时发生的电阻。”

运用硅和其他纳米资料制成的电池不只能添加容量,还能以更高的电流给电池充电,然后加速充电时刻。任何一个曾经在打电话时遭受过手机死机的人都知道,这是电池技能的一个重要功用。

更快的充电之所以成为或许,是由于新电池还运用纳米管作为缓冲机制,使充电速度比现在或许的速度快四倍。

电池更轻,充电速度更快,功率大大提高,这不只对穿戴电池驱动的太空服的宇航员来说是件功德,对那些需求把宇航员送到目的地的科学家和工程师来说也是件功德。

CNI的主管和美国宇航局赞助的首要研讨员Rao说:“锂离子电池的阳极硅是这个范畴研讨人员的‘圣杯’。”饶还表明,这种新式电池很快就会运用到电动轿车上。Rao还表明,这种新式电池很快就会运用到电动轿车上。

“咱们的下一个方针是与工业同伴协作,将这种根据试验室的技能转化为商用推向市场,”该研讨的通讯作者和美国宇航局赞助的协作研讨员Podila说。

NASA的3D打印电池发展

据悉,KULR技能集团也在本周宣告,公司从美国宇航局马歇尔航天飞翔中心(MSFC)取得了一份合同,为机器人和载人航天运用开发3D打印电池体系。

公司总部坐落加州圣迭戈,为电池和电子体系开发、制作和授权下一代碳纤维热办理技能;事实上,KULR公司最近宣告,它现已取得了一项美国专利,该专利是根据其柔韧、可压缩、高性能、导热纤维热界面(FTI)碳纤维资料。

但要开发电池体系以满意美国宇航局的约翰逊航天中心20793 D安全规范修订载人太空使命作为新的军民两用技能开发协议的一部分,KULR将转向PPR技能和ISC技能。

担任电池ISC设备开发作业的轿车电气化集团司理Matt Keyser说:“运用电池ISC设备,咱们榜初次可以在已知的方位和时刻触发电池毛病。”“KULR将继续这项重要的研讨,以协助电池制作商规划新的电池体系安全措施。”

这个取得专利、屡获荣誉的ISC电池设备是由NREL和NASA开发的,它彻底改变了咱们评价锂离子电池的方法。现在,研讨人员可以可靠地模仿ISC,并导致可猜测的锂离子电池电池毛病,然后进行剖析,以便电池规划人员可以学习怎么归入安全措施。

“经过与KULR的协作,咱们现在将具有在轨迹上制作空间优化电池组体系的难以想象的才能……KULR的技能将使咱们可以树立更安全的电池组,避免风险的热失控传达。”着陆体系穿插项目剖析协调员Brandon Lewis说。

这不是两边榜初次协作了。上一年,财富500强公司Leidos和KULR为NASA协作,运用PPR技能在国际空间站(ISS)上高效运送和存储电池。

KULR的热办理技能(thermal management technology)不只适用于国际空间站,也将适用于未来的目的地。

太空燃料电池研讨获巨大发展

此外,美国能源新闻网发布的一份陈述显现,NASA的重返月球的方案已“很大程度上复兴了”NASA坐落克利夫兰的格伦研讨中心对太空飞翔中运用燃料电池的研讨。研讨人员已成功的对现代的燃料电池技能进行了很多的改善,包含立异的芯吸体系,用于带走单个燃料电池中的废水。现在,格伦研讨中心正在研制一种可再生燃料电池。这种燃料电池可利用氢气和水生电,一起还具有逆向功用-运用太阳能电池板或是其它来历的水和电能,发生氢气和氧气。

NASA的Webb太阳电池阵列

咱们还能看到其他的新发展:近期NASA旗下Webb的太阳电池阵列(约6米长)最近在发射前的最终时刻被装置在主地理台上。阵列的“动力源”将为望远镜的一切科学仪器以及通讯和推动体系供给能量。。Webb将于2021年启动时,此布置将是地理台完好布置进程的榜首步,也是最要害的过程之一。该望远镜的车载电池旨在仅继续几个小时,直到太阳能电池阵列在空间中打开,并开端将太阳光转换成电。

德国将钙钛矿和有机太阳能电池送上太空

太空使命的方针之一便是将火箭带着的设备分量减到最小。尽管现在用于太空使命和卫星的无机硅太阳能电池板功率很高,但它们十分粗笨和刚性。

近来,德国研讨人员初次将钙钛矿和有机太阳能电池经过火箭送入太空。来自慕尼黑技能大学(TUM)的研讨人员在一项新研讨中将每一种太阳能电池的两个版别装置在从瑞典北部发射的探空火箭上,火箭进行了短时刻的亚轨迹往复飞翔,飞翔最高高度为240公里。重要的是,太阳能电池不只饱尝住了发射和飞翔的极点条件,并且在7分钟的太空中成功地搜集到了阳光并发生能量。这项研讨近来宣告在《焦耳》(Joule)杂志上为未来的近地运用和潜在的深空使命奠定了根底。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参阅来历:https://www.laboratoryequipment.com/567778-Scientists-Create-Batteries-That-Can-Power-Travel-to-Mars/

https://www.3dprintingmedia.network/kulr-and-nasa-developing-in-space-3d-printed-batteries/

https://energynews.us/2019/07/15/midwest/nasas-new-moon-mission-reignites-fuel-cell-research-at-ohio-lab/

https://www.newsbreak.com/news/1612931349358/perovskite-and-organic-solar-cells-rocketed-into-space

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