doi.org/10.1016/j.joule.2024.05.013
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#Aeronave
Um estudo recente mostrou que uma solução eletrolítica inovadora, identificada através de uma técnica de biociência, quadruplicou o ciclo de vida das baterias usadas em aeronaves elétricas
Quando se trata de descobrir por que as baterias de aeronaves elétricas perdem energia com o tempo, normalmente não pensaríamos em recorrer a uma abordagem de décadas que os biólogos usam para estudar a estrutura e a função dos componentes nos organismos vivos.
Um campo que ajudou os cientistas a desvendar os segredos do genoma humano, também poderá em breve desempenhar um papel fundamental para tornar as viagens aéreas livres de carbono uma realidade.
Em um novo estudo publicado na revista Joule, uma equipe de pesquisadores liderada pelo Departamento de Energia O Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) usou técnicas ômicas para estudar as intrincadas interações dentro do ânodo, cátodo e eletrólito de baterias de aeronaves elétricas.
Uma das descobertas mais significativas foi a descoberta de que certos sais misturados ao eletrólito da bateria formavam uma camada protetora em partículas catódicas, tornando-as muito mais resistentes à corrosão, aumentando assim a vida útil da bateria A equipe de pesquisa, que inclui cientistas da Universidade da Califórnia, Berkeley, Universidade de Michigan e parceiros da indústria ABA (Palo Alto, CA) e 24M (Cambridge, MA) ), então projetou e testou uma bateria de aeronave elétrica usando sua nova solução eletrolítica.
A bateria apresentou um aumento de quatro vezes quando comparada às baterias convencionais no número de ciclos durante os quais ela poderia manter a relação potência-energia necessária para o vôo aéreo elétrico O próximo passo no projeto será a equipe fabricar baterias suficientes (capacidade total de aproximadamente 100 kWh) para um vôo de teste projetado para 2025.
“Os setores de transporte pesado, incluindo a aviação, têm sido subexplorados em termos de eletrificação”, disse Brett Helms, autor correspondente do estudo e cientista sênior da Fundição Molecular do Berkeley Lab Nosso trabalho redefine o que é possível, ampliando os limites da tecnologia de baterias para permitir uma descarbonização mais profunda”
As viagens aéreas elétricas apresentam desafios únicos Ao contrário das baterias de veículos elétricos, que priorizando energia sustentada em longas distâncias, as baterias de aeronaves elétricas enfrentam o desafio único das necessidades de alta potência para decolagem e pouso, combinadas com alta densidade de energia para vôos prolongados “Em um veículo elétrico, você se concentra na perda de capacidade ao longo do tempo”, disse Youngmin Ko , pesquisador de pós-doutorado na Molecular Foundry do Berkeley Lab e principal autor do estudo.
Mas para aeronaves, o que é crítico é a redução de potência – a capacidade de atingir consistentemente alta potência para decolagem e pouso são insuficientes nesse aspecto, principalmente devido à falta de compreensão do que está acontecendo nas interfaces entre o eletrólito, os ânodos e os cátodos.
Ko disse que é aqui que entra em jogo a abordagem ômica, uma metodologia emprestada das ciências biológicas para decifrar padrões de mudanças nas assinaturas químicas em sistemas complexos Os biólogos usam ômicas para estudar a relação complexa entre coisas como expressão genética e estrutura do DNA, – disse Helms Então, queríamos ver se poderíamos usar uma abordagem semelhante para examinar as assinaturas químicas da bateria e seus componentes e identificar as reações que contribuem para o desbotamento da energia e onde elas estavam ocorrendo- Os pesquisadores concentraram suas análises em baterias de metal de lítio com óxidos em camadas de alta tensão e alta densidade contendo níquel, manganês e cobalto.
O problema de queda de energia foi resultado de algo acontecendo no ânodo da bateria, a equipe observou que a queda de energia decorre principalmente do lado do cátodo.
Foi aqui que as partículas racharam e corroeram ao longo do tempo, dificultando o movimento da carga e reduzindo a eficiência da bateria que eletrólitos específicos poderiam controlar a taxa de corrosão na interface do cátodo “Foi um resultado não óbvio”, disse Ko.
“Descobrimos que a mistura de sais no eletrólito poderia suprimir a reatividade de espécies tipicamente reativas, que formavam uma estabilização, revestimento resistente à corrosão” Depois de desenvolver seu novo eletrólito, os pesquisadores o testaram em uma bateria de alta capacidade Ele mostrou excelente retenção de energia usando uma missão realista para decolagem e pouso elétrico vertical A equipe espera ter as baterias produzidas para o projeto Teste de voo de 2025 em um protótipo de aeronave feito por quatro parceiros eVTOL (decolagem e pouso vertical) até o final do ano Olhando para o futuro, Helms e Ko disseram que a equipe e seus colaboradores planejam expandir o uso de ômicas na pesquisa de baterias, explorando as interações de vários componentes eletrolíticos para compreender melhor e adaptar o desempenho das baterias para casos de uso atuais e emergentes no transporte e na rede
Publicado em 16/07/2024 11h09
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