Nieuwe batterij kan de toekomst van verkenning van de ruimte bevorderen

Lithium-ionbatterijen maken bijna elk facet van de moderne technologie mogelijk. Ze voeden smartphones over de hele wereld en zijn zelfs in dienst van NASA voor een verscheidenheid aan ruimtetoepassingen.

Er is echter één groot probleem: Lithium-batterijen presteren behoorlijk slecht bij lage temperaturen. Dit betekent dat op een koude winterdag en vooral in de subzero-omgevingen van de ruimte functioneren deze cruciale energiebronnen op een fractie van hun volledige capaciteit.

Maar twee onderzoekers van de Fudan University in Shanghai hebben een hybride lithiumbatterij gemaakt die geen problemen heeft bij het leveren van sap bij temperaturen zo laag als -94 graden Fahrenheit (-70 graden Celsius). Dr. Yong-yao Xia, een co-auteur van de studie, is van mening dat dit de sleutel is tot het voeden van toekomstige sondes en satellieten.

"De batterij biedt het meest veelbelovende potentieel voor speciale veldtoepassingen, zoals buitenruimte of verkenning in de buurt van de ruimte. Het is veel kouder aan de andere kant van de zon in het internationale ruimtestation, waar de temperatuur maar liefst -157 graden Celsius kan bereiken, vertelt Xia omgekeerde. "Er is echter algemeen bekend dat bij -40 graden Celsius conventionele lithium-ionbatterijen slechts ongeveer 12 procent van hun ruimtetemperatuur behouden."

In een krant die woensdag in het tijdschrift is gepubliceerd Joule, Xia en Yonggang Wang leggen de tweaks uit die ze hebben gemaakt aan het ontwerp van traditionele lithium-ionbatterijen om dit vervelende probleem op te lossen.

Batterijen bestaan ​​uit twee elektroden - de ene positief geladen en de andere negatief geladen - en een vloeibaar elektrolyt dat de lading tussen de twee elektroden draagt.

Conventioneel bestaat de elektrolyt uit een zure verbinding die bekend staat als ester, die bij extreem koude condities traag wordt. Xia en Wang besloten om een ​​ander zuur te gebruiken en vervangen de beide elektroden door twee organische verbindingen.

Het ontwerp van het team maakt gebruik van een elektrolyt op basis van ethylacetaat, met een laag vriespunt. Dit laat het toe om lading in de vriezende voorwaarden van kosmische ruimte te leiden. Vervolgens hebben ze de positieve elektrode vervangen door polytrifenylamine (PTPAn) en de negatieve elektrode met 1,4,5,8-naftaleentetracarbonzuurdianhydride (NTCDA), die hun werk veel effectiever doen dan standaardelektroden in sub-nulomgevingen.

Terwijl Xia en Wang de eerste stappen hebben gezet in het oplossen van een probleem dat onderzoekers in het veld heeft verbluft, is hun ontwerp niet heel klaar voor ruimteverkenning nog niet. Hun batterij is niet zo energievriendelijk als standaard commerciële batterijen, waardoor ze minder lading bevatten dan iets dat je in een winkel zou kunnen krijgen.

"In het huidige stadium zijn de verkregen resultaten beperkt op laboratoriumniveau", legt Xia uit. "Verder onderzoek naar elektrolyt met veel breed elektrochemisch venster … zou nog moeten worden uitgevoerd om de ladings en ontladingsprestatie bij lage temperatuur te verbeteren. Zelfs heeft het lage specifieke energie; het biedt het meest veelbelovende potentieel in de speciale veldtoepassingen."

Met meer onderzoek konden astronomen vloten van verkennende drones en sondes lanceren zonder zich zorgen te maken dat ze halverwege hun missie zouden worden uitgeschakeld. Oh en als ze ooit op een ijsplaneet struikelen, zoals Hoth, zullen er ook geen problemen zijn. Hopelijk.