Електричний рушійний літак, можливий з батареями нового покоління - Go4IT

Хоча чисті електричні силові двигуни досі не змогли замінити звичайні, а літієва акумуляторна система додає занадто велику вагу енергії, що подається.

У випадку з електричними автомобілями той факт, що міський компакт може досягати ваги лімузину після додавання літій-іонних акумуляторів, не обов'язково є проблемою; електродвигуни зі значно вищим ККД, ніж ті, що мають внутрішнє згоряння, компенсують зайву вагу. Але та сама стратегія не може працювати для літаків, які просто не могли злетіти із занадто великою вагою.

Для того, щоб пасажирський літак злетів, економно транспортував велику кількість пасажирів і приземлився на сотні кілометрів, гас в даний час є ідеальним паливом, дорожчим, але з неперевершеним співвідношенням щільності енергії та доданої ваги на борту. Якщо, з іншого боку, авіалайнери використовували акумуляторні батареї вагою в тисячі кілограмів, залишковий пропускний спроможність зменшиться до неекономічного рівня. Якщо ми також враховуємо вартість акумуляторів, інвестиції з самого початку є шкідливими для будь-якої авіакомпанії.

Навіть для відносно невеликих літальних апаратів, таких як двомісні навчальні літаки, загальна вага батарей обмежує корисне навантаження літака, дальність і, можливо, маневреність. Таким чином, електричні літаки в даний час обмежені рейсами на короткі відстані, що виконуються за передбачуваними маршрутами, які не вимагають ретельно розрахованого плану польоту.

Зменшення ваги акумулятора було б перевагою не тільки для авіації, а й для інших електромобілів, таких як автомобілі, вантажівки, автобуси та катери, продуктивність яких безпосередньо пов’язана із співвідношенням між енергією та вагою використовуваних батарей.

Розроблений з 2004 року британською компанією Oxis Energy, новий тип акумулятора з літій-сірчаною технологією може вирішити проблему ваги, більш ніж подвоївши щільність енергії літій-іонних батарей.

Беручи окремо, сірка та літій є високореактивними, навіть вибухонебезпечними елементами, які можуть існувати в природі лише у поєднанні з іншими речовинами. Але саме реакційна здатність двох речовин шукає фахівців у галузі акумуляторних технологій. Завдання полягає в тому, щоб отримати батареї, які забезпечують бажаний рівень продуктивності безпечно і без швидкого погіршення, після повторних циклів зарядки/розряду.

Що містять нові акумулятори Li-Sulf:

Позитивний електрод, відомий як катод, поглинає електрони під час розряду. Він підключений до алюмінієвого струмоприймача, покритого сумішшю вуглецю та сірки. Сірка - це активний матеріал, який бере участь в електрохімічних реакціях. Але це також електричний ізолятор, тому вуглець, провідник, доставляє електрони туди, де вони потрібні. Існує також невелика кількість сполучного для забезпечення того, щоб сірка і вуглець залишалися разом в катоді.
Негативний електрод, або анод, виділяє електрони під час розряду. Він підключений до чистої літієвої фольги. Літій також діє як струмоприймач, але він також є активним матеріалом, який бере участь в електрохімічній реакції.
Пористий сепаратор запобігає дотику двох електродів, що може спричинити коротке замикання та пошкодити акумулятор. Сепаратор купають в електроліті, що містить солі літію.
Електроліт полегшує електрохімічну реакцію, дозволяючи переміщення іонів між двома електродами.
Компоненти упаковані в дуже компактну упаковку, захищену зовні пластиковою фольгою. Елементи можуть бути з'єднані по черзі - як послідовно, так і паралельно - і упаковані в акумуляторну батарею на 20 Аг та 2,15 вольта. Для великого транспортного засобу, такого як літак, такі пакети використовуються разом, щоб отримати напругу в кілька сотень вольт, відповідно, десятки або сотні ампер.

У порівнянні з літій-іонною технологією сірчані батареї незвичні, оскільки при розряді вони проходять кілька стадій, утворюючи різні молекулярні сполуки літію та сірки. Коли клітина розряджається, іони літію в електроліті мігрують до катода, де вони поєднуються з сіркою та електронами, утворюючи полісульфід Li2S8. Тим часом анод, молекули літію віддають електрони, утворюючи позитивно заряджені іони літію; ці звільнені електрони потім рухаються по зовнішньому ланцюгу - заряду - який повертає їх назад до катода. В електроліті Li2S8 негайно реагує з іонами літію та електронами, утворюючи новий полісульфід Li2S6. Процес триває, проходячи через інші полісульфіди, Li2S4 та Li2S2, з часом перетворюючись на Li2S. На кожному етапі виділяється корисна енергія, поки клітина повністю не розрядиться.

Перезарядка є зворотною до описаної вище послідовності, в результаті чого утворюються іони літію, які дифундують через електроліт, з часом утворюючи метал літію.

Цей опис спрощений. Насправді реакції є більш складними і численними, протікаючи як в електроліті, так і в аноді. Насправді, протягом багатьох циклів зарядки та розрядки це побічні ефекти, які спричиняють деградацію в сульфідній клітині літію.

Три фактори визначатимуть успіх літієвих сульфідних батарей чи ні. Перший - це успішна інтеграція акумуляторів у кілька типів літальних апаратів, щоб продемонструвати принцип. Другий - це безперервне вдосконалення хімії клітин. По-третє, це постійне зменшення витрат. Великим плюсом у цьому плані є те, що сірка - це дуже дешевий і простий у отриманні матеріал. Розробники цієї технології сподіваються, що з часом вартість використання Li-Sulf акумуляторів опуститься нижче вартості Li-Ion рішень, що використовуються в даний час.