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NASA busca criar uma bateria melhor e mais segura com SABERS

2021-06-16
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Tecnologia de bateria, NASA
Por JOHN GOULD, NASA 11 DE ABRIL DE 2021



Novos designs de bateria, que são mais seguros do que os modelos de hoje, serão necessários para alimentar as aeronaves de propulsão elétrica do futuro, como o mostrado nesta ilustração. Um projeto de pesquisa da NASA chamado SABERS está testando novas maneiras de combinar materiais familiares e exóticos para construir uma bateria melhor. Crédito: NASA

Lidar com problemas de bateria em nossos telefones, tablets ou laptops pode ser frustrante.

Embora as baterias estejam em todos os lugares da vida cotidiana, muitas ainda sofrem avarias e falhas. O pequeno inconveniente de precisar carregá-los com mais frequência pode até mesmo se transformar em reparos caros ou na compra de um novo dispositivo. Baterias em aparelhos eletrônicos maiores, como hoverboards ou carros, podem até pegar fogo.

Agora, com ênfase crescente na sustentabilidade da aviação, o interesse em usar baterias para alimentar parcial ou totalmente os sistemas de propulsão elétrica em aeronaves de todos os tamanhos está crescendo a cada dia.
Portanto, a questão é: poderia haver uma maneira melhor de construir baterias que sejam completamente seguras e não falhem ou até mesmo pegem fogo?

Uma atividade da NASA chamada SABERS, ou “Baterias de arquitetura de estado sólido para recarregabilidade e segurança aprimoradas”, está pesquisando como criar uma bateria mais segura usando materiais e métodos de construção novos.

O objetivo é criar uma bateria que tenha energia significativamente mais alta do que as baterias de íon de lítio que usamos atualmente. Essa bateria também não perderia capacidade com o tempo, pegaria fogo ou colocaria passageiros em risco se algo desse errado.

“Em vez de tirar uma bateria da prateleira, determinamos que precisávamos desenvolver uma bateria do zero que seria adaptada aos requisitos de desempenho exclusivos de uma aeronave elétrica”, disse Rocco Viggiano, pesquisador-chefe do SABERS da NASA ' s Glenn Research Center em Cleveland.
Acontece que as baterias de estado sólido são adequadas.

Ao contrário de muitas baterias de hoje, as baterias que a SABERS deseja criar não têm nenhum líquido em seu design. Uma bateria totalmente sólida tem uma embalagem menos complicada, reduz os riscos de segurança e pode suportar mais danos do que uma bateria com líquidos dentro dela.

O projeto examinou o uso de uma combinação única dos elementos enxofre e selênio para manter a carga elétrica.

“Uma bateria de selênio-enxofre de estado sólido é fria ao toque e não pega fogo. Tem um perfil mais fino do que as baterias de íon de lítio e tem melhor armazenamento de energia. Pode levar uma surra e ainda funcionar, muitas vezes em condições aquém das ideais ”, disse Viggiano.

Um benefício adicional é o enxofre ser um subproduto do refino de petróleo. Existem estoques do elemento em todo o mundo que estão acessíveis e apenas esperando para serem usados. Com um pouco de imaginação, esse resíduo pode ser transformado em algo que movimenta veículos ecologicamente corretos.

A imaginação é outro aspecto do SABERS.

O projeto busca utilizar elementos nunca antes combinados para formar uma bateria. Por exemplo, um componente desenvolvido pela NASA chamado “grafeno holandês” (assim chamado por causa dos orifícios em sua superfície para permitir a passagem do ar), tem um nível muito alto de condutividade elétrica. É ultraleve e ecológico.

“Esse material nunca foi usado em sistemas de bateria e estamos combinando com outros materiais que nunca foram usados”, disse Viggiano.

SABERS faz progressos

Baterias de estado sólido são conhecidas por terem uma baixa taxa de descarga. Em outras palavras, a quantidade de energia que sai da bateria de uma vez é muito baixa. Mas os pesquisadores do SABERS quase dobraram essa taxa de descarga, o que significa que as baterias de estado sólido poderiam alimentar eletrônicos maiores.

â € œNós ultrapassamos nosso objetivo. Com mais desenvolvimento, podemos melhorar ainda mais essa taxa ”, disse Viggiano. Os objetivos e sucessos do projeto atraíram a atenção de empresas como a Uber e várias outras empresas interessadas na fabricação de veículos para futuros ambientes de Mobilidade Aérea Avançada.

O próximo passo para SABERS é testar o design da bateria. Isso incluirá testar como funciona em situações práticas, verificar se é seguro e coletar dados sobre seu desempenho. Se for bem-sucedido, o design pode ser otimizado ainda mais.

Enquanto isso, a segurança continua sendo a consideração número um.

A pesquisa atual de baterias é principalmente orientada para a indústria automotiva, cujos padrões de segurança são geralmente menos restritivos do que aqueles exigidos para aplicações de aviação onde as baterias encontram ambientes mais estressantes.

A SABERS quer ajudar a definir esse novo padrão mais elevado para uso na aviação, provando que fazer baterias mais seguras é tecnicamente viável e economicamente lucrativo.

A quais requisitos essas baterias de estado sólido devem atender? Com base em uma análise do que pode ser necessário para operar uma aeronave elétrica prática, as cinco considerações que a SABERS enfocou foram segurança, densidade de energia, taxa de descarga, design de pacote e escalabilidade.

Essencialmente, essas baterias precisam ser seguras acima de tudo. Eles também precisam conter uma quantidade enorme de energia e emitir essa energia com eficiência. Eles também devem ter um formato estreito e compacto e ser desenvolvidos com a abordagem mais detalhada e completa possível.

Em última análise, a SABERS está determinando a viabilidade de baterias seguras para aviões com propulsão elétrica. Se bem-sucedidas, essas inovações podem ajudar a possibilitar uma nova era de armazenamento de energia para futuras viagens aéreas.

SABERS é parte do projeto Convergent Aeronautics Solutions, que é projetado para dar aos pesquisadores da NASA os recursos de que precisam para determinar se suas ideias para resolver alguns dos maiores desafios técnicos da aviação são viáveis ​​e talvez dignas de uma busca adicional dentro da NASA ou por indústria.

Selecionada para ser uma atividade de dois anos iniciada em 1º de outubro de 2019, as interrupções na perseguição motivadas pela pandemia COVID-19 podem levar a uma extensão, embora nada tenha sido decidido.