Беспилотные летательные аппараты (БПЛА), чаще называемые беспилотными летательными аппаратами, нашли удивительное количество коммерческих приложений. Они обеспечивают непревзойденную платформу для наблюдения за воздушным пространством для поиска и спасения, обеспечения безопасности и сбора информации. Будучи платформой для камер, они стали инструментом выбора для документальных кинематографистов и кинематографистов, используемых всеми от местных агентов по недвижимости до директоров Голливуда. Сельскохозяйственная практика часто включает дроны для измерения потребностей в воде и условий посева. Они даже обеспечивают возможность аэрозольного распыления. Промышленное использование включает автоматические проверки трубопроводов или химических установок для обнаружения утечек и других проблем.
Согласно отчету DRONELIFE, 96% коммерческих БПЛА питаются от электрических батарей. Технология ионно-литиевых батарей делает этот вид электрифицированного полета возможным, обеспечивая сочетание достаточной мощности и энергии с относительно небольшим весом и по разумной цене. Литиево-ионные аккумуляторы стали источником питания для 21 ст. века, в результате чего все от мобильных телефонов и персональной электроники до электромобилей (EV) и резервного хранилища для электрических сетей. Но поскольку БПЛА становятся более сложными и требуют более высокой производительности и более длительного времени полета, их батареи становятся более специализированными.
| Шаббир Ахмед (Shabbir Ahmed), химик-инженер и руководитель группы в отделе химических наук и инженерии Национальной лаборатории Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DoE), отмечает, что переход от наземных к воздушным транспортным средствам создает очень разные батареи и энергию хранения. «Поля безопасности для чего-то, что летают по сравнению с чем-то на дороге, различны», — сказал Ахмед в пресс-релизе Аргонне. «Поднять что-то в воздухе также имеет разные требования к мощности, чем для того, что катится по земле. Чем дольше диапазон, тем тяжелее батарея. Все это необходимо учитывать, когда приложение меняется », — добавил он. Поиск материалов Во многих отношениях поиск более высокой плотности энергии (энергии на единицу массы) сводится к исследованиям материалов — области, в которой Аргонна особенно хорошо подходит. Оксиды металлов, используемые в ионно-литиевых батареях, обычно представляют собой комбинацию никеля, марганца и кобальта. Катоды, изготовленные из этих металлов, являются тяжелыми и относительно дорогими, а ионы лития могут обеспечивать только один электрон, ограничивая батареи с такой конфигурацией примерно до 200 ватт-часов на килограмм (Вт / кг). На стороне анода использование графита для сбора и хранения ионов лития предотвращает накопление остроконечных дендритных кристаллов при зарядке батареи, как это было бы, если бы чистый металл лития использовался в качестве анода. Эти дендриты могут стать достаточно большими, чтобы расти через зазор между анодом и катодом, сокращая батарею и вызывая проблемы с безопасностью. Графит может обеспечить только ограниченное количество лития во время разряда. Литиевые металлические аноды привлекательны, потому что они могут увеличить выходную мощность в 2 или 3 раза, что может сделать графит. Твердые электролиты могут служить альтернативой жидким электролитам. Они не только предотвращают рост дендритных кристаллов, когда литий-металл используется в качестве анода; они также не обеспечивают такой же пожароопасности, что и текущие коммерческие легковоспламеняющиеся органические растворители. Твердотельные батареи с твердыми электролитами являются предметом интенсивных исследований во всем мире. ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:
Требования к полетам Принятие решения о том, какие материалы батареи лучше всего подходят для полета на дроне, сначала требует тщательного изучения требований к миссиям БПЛА. Для решения этих вопросов Аргонна недавно приступила к новой инициативе, поддерживаемой программой исследований и разработок, проводимой лабораторией. Он создал новый Центр проектирования беспилотных летательных аппаратов (UAS). В этом центре рассматриваются различные взаимосвязанные проблемы и компромиссы потребления энергии, шума, времени полета и полезной нагрузки. Среди целей нового дизайн-центра — разработка инструмента для оценки возможных вариантов дизайна дронов, включая батареи и гибридные архитектуры. В выпуске Argonne отмечается, что «все исследования батарей для БПЛА будут подключаться к работам, которые в настоящее время ведутся в Аргоннском совместном центре по энергосберегающей науке (ACCESS), мощной ассоциации ученых и инженеров из Аргонны, которая решает вопросы хранения энергии проблемы посредством многодисциплинарных исследований ». Реальный мир Одним из наиболее важных клиентов для этого исследования являются американские военные, чье использование БПЛА резко возросло за последние годы. «Когда вы работаете с конечными пользователями, такими как военные на передовых батареях, им нужны решения», — сказал Кристофер Клакстон, который контролирует управление коммерциализацией портфеля интеллектуальной собственности Argonne. «У нас есть продемонстрированная способность работать напрямую с людьми, которые имеют особые потребности в создании специализированных материалов, соответствующих их точным требованиям миссии», — добавил он. «Сейчас большое мышление — это переход от наземного к третьему измерению», — сказал директор ACCESS Венкат Шринивасан в выпуске Argonne. «Мы очень заинтересованы во всем в третьем измерении, которое включает в себя беспилотные летательные аппараты. Это все часть континуума ». Можно с уверенностью сказать, что по мере того, как приложения в реальном мире становятся более специализированными, так и батареи, которые обслуживают их. «Причина, по которой мы были настолько эффективны, — это то, что мы делаем разницу в реальном мире», — сказал Шринивасан. «Наши лабораторные открытия приводят к рыночным последствиям. Мы всегда смотрим на то, что нужно миру и куда оно направляется, и глядя на то, что эти вопросы означают для батарей ». Старший редактор Кевин Клеменс уже более 30 лет пишет об энергетических, автомобильных и транспортных темах. Имеет степень магистра в области материаловедения и экологического образования, а также докторскую степень по машиностроению, специализирующуюся на аэродинамике. Он установил несколько мировых рекордов скорости на электромобилях, которые он построил в своей мастерской.
|
Загрузка...