Самолет с електрическо задвижване, възможно с ново поколение батерии - Go4IT

Въпреки че чистите електрически задвижващи самолети досега не са успели да заменят конвенционалните, а батерийната система, базирана на литий, добавя твърде много тежест към доставената енергия.

При електрическите автомобили фактът, че градски компакт може да достигне теглото на лимузина след добавяне на литиево-йонни батерии, не е непременно проблем, електрическите двигатели със значително по-висока ефективност от тези с вътрешно горене компенсират допълнителното тегло. Но същата стратегия не може да работи за самолети, които просто не биха могли да излетят с твърде голямо тегло.

За да излети пътнически самолет, да превози икономически голям брой пътници и да кацне на стотици километри, керосинът все още е идеалното гориво, по-скъпо, но с ненадминато съотношение на енергийна плътност и добавено тегло на борда. Ако, от друга страна, самолетите използват батерийни комплекти с тегло хиляди килограми, оставащият капацитет за пътнически транспорт ще намалее до неикономично ниво. Ако вземем предвид и цената на батериите, инвестицията от самото начало е пагубна за всяка авиокомпания.

Дори за относително малки самолети, като двуместни учебни самолети, общото тегло на батериите ограничава полезния товар, обсега и евентуално маневреността на самолета. По този начин електрическите самолети понастоящем се ограничават до полети на къси разстояния, извършвани по предвидими маршрути, които не изискват внимателно изчислен план на полета.

Намаляването на теглото на акумулатора би било предимство не само за авиацията, но и за други електрически превозни средства, като автомобили, камиони, автобуси и лодки, чиито характеристики са пряко свързани със съотношението между енергията и теглото на използваните батерии.

Разработен от 2004 г. от британската компания Oxis Energy, нов тип акумулатор с литиево-сярна технология може да реши проблема с теглото, повече от удвоявайки енергийната плътност на литиево-йонните батерии.

Взети отделно сярата и литият са силно реактивни, дори експлозивни елементи, които могат да съществуват в природата само заедно с други вещества. Но именно реакционната способност на двете вещества е това, което търсят експертите в технологията на батериите. Предизвикателството е да се получат батерии, които осигуряват желаното ниво на производителност безопасно и без бързо разграждане, след многократни цикли на зареждане/разреждане.

Какво съдържат новите Li-Sulf батерии:

Положителният електрод, известен като катод, поглъща електрони по време на разряд. Той е свързан с алуминиев токов колектор, покрит със смес от въглерод и сяра. Сярата е активният материал, който участва в електрохимичните реакции. Но той е и електрически изолатор, така че въглеродът, проводник, доставя електрони там, където са необходими. Има и малко количество свързващо вещество, за да се гарантира, че сярата и въглеродът остават заедно в катода.
Отрицателният електрод или анодът освобождава електрони по време на разряд. Свързан е с чисто литиево фолио. Литият действа и като токоприемник, но също така е активен материал, който участва в електрохимичната реакция.
Порест сепаратор предотвратява докосването на двата електрода, което може да причини късо съединение и да повреди батерията. Сепараторът се къпе в електролит, съдържащ литиеви соли.
Електролитът улеснява електрохимичната реакция, като позволява движението на йони между двата електрода.
Компонентите са опаковани в много компактна опаковка, защитена отвън с пластмасово фолио. Клетките могат да бъдат свързани на свой ред - както последователно, така и успоредно - и са опаковани в батерия от 20 Ah и 2,15 волта. За голямо превозно средство, като самолет, такива пакети се използват заедно, за да се получат напрежения от няколкостотин волта, съответно десетки или стотици ампери.

В сравнение с литиево-йонната технология, сярните батерии са необичайни, тъй като преминават през няколко етапа, докато се разреждат, образувайки различни молекулни съединения на литий и сяра. Когато клетката се разреди, литиевите йони в електролита мигрират към катода, където се комбинират със сяра и електрони, за да образуват полисулфид, Li2S8. Междувременно анодът, литиевите молекули се отказват от електрони, за да образуват положително заредени литиеви йони; тези освободени електрони след това се придвижват през външната верига - заряда - който ги връща обратно към катода. В електролита Li2S8 реагира незабавно с литиеви йони и електрони, за да образува нов полисулфид, Li2S6. Процесът продължава, преминавайки през други полисулфиди, Li2S4 и Li2S2, за да стане Li2S. На всеки етап се освобождава полезна енергия, докато клетката се разреди напълно.

Презареждането е обратно на описаната по-горе последователност, което води до производството на литиеви йони, които дифузират през електролита, като в крайна сметка образуват литиев метал.

Това описание е опростено. В действителност реакциите са по-сложни и многобройни, протичащи както в електролита, така и в анода. Всъщност, в продължение на много цикли на зареждане и разреждане, това са страничните ефекти, които причиняват разграждане в литиево-сулфидната клетка.

Три фактора ще определят дали литиево-сулфидните батерии успяват или не. Първата е успешната интеграция на батерии в няколко типа самолети, за да се демонстрира принципът. Второто е непрекъснатото усъвършенстване на клетъчната химия. Трето, е непрекъснатото намаляване на разходите. Голям плюс в това отношение е, че сярата е много евтин и лесен за получаване материал. Разработчиците на тази технология се надяват, че с течение на времето разходите за използване на Li-Sulf батерии ще паднат под тези на Li-Ion решенията, които се използват в момента.