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La NASA cherche à créer une batterie meilleure et plus sûre avec SABERS

2021-06-16
LES SUJETS:
Technologie de batterie, NASA
Par JOHN GOULD, NASA 11 AVRIL 2021



De nouvelles conceptions de batteries plus sûres que les modèles d'aujourd'hui seront nécessaires pour alimenter les avions à propulsion électrique de demain, comme celui illustré sur cette illustration. Un projet de recherche de la NASA appelé SABERS teste de nouvelles façons de combiner des matériaux familiers et exotiques pour construire cette meilleure batterie. Crédit : NASA

Traiter des problèmes de batterie sur nos téléphones, tablettes ou ordinateurs portables peut être frustrant.

Bien que les batteries soient omniprésentes dans la vie de tous les jours, beaucoup souffrent encore de pannes et de pannes. L'inconvénient mineur de devoir les recharger plus souvent pourrait même se transformer en réparations coûteuses ou en l'achat d'un nouvel appareil. Les batteries des appareils électroniques plus gros, comme les hoverboards ou les voitures, peuvent même prendre feu.

Aujourd'hui, avec un accent croissant sur la durabilité de l'aviation, l'intérêt pour l'utilisation de batteries pour alimenter partiellement ou entièrement les systèmes de propulsion électrique sur des avions de toutes tailles augmente chaque jour.
Donc, la question est de savoir s'il y a un meilleur moyen de construire des batteries qui sont complètement sûres et qui ne tombent pas en panne ou même ne prennent pas feu ?

Une activité de la NASA appelée SABERS, ou « Batteries à architecture à l'état solide pour une capacité de recharge et une sécurité améliorées », cherche à créer une batterie plus sûre en utilisant de nouveaux matériaux et de nouvelles méthodes de construction.

L'objectif est de créer une batterie qui a une énergie nettement plus élevée que les batteries lithium-ion que nous utilisons actuellement. Cette batterie ne perdrait pas non plus de capacité au fil du temps, ne prendrait pas feu ou ne mettrait pas en danger les passagers en cas de problème.

"Au lieu de sortir une batterie du commerce, nous avons déterminé que nous devions développer une batterie à partir de zéro qui serait adaptée aux exigences de performances uniques d'un avion électrique", a déclaré Rocco Viggiano, chercheur principal de SABERS à la NASA. s Centre de recherche Glenn à Cleveland.
Il s'avère que les batteries à semi-conducteurs font l'affaire.

Contrairement à de nombreuses batteries aujourd'hui, les batteries que SABERS souhaite créer n'ont pas de liquide dans leur conception. Une batterie entièrement solide a un emballage moins compliqué, réduit les risques de sécurité et peut résister à plus de dommages qu'une batterie contenant des liquides.

Le projet a examiné l'utilisation d'une combinaison unique des éléments soufre et sélénium pour maintenir la charge électrique.

« Une batterie au soufre-sélénium à semi-conducteurs est froide au toucher et ne prend pas feu. Il a un profil plus mince que les batteries lithium-ion et a un meilleur stockage d'énergie. Il peut prendre un coup et fonctionner toujours, souvent dans des conditions moins qu'idéales », a déclaré Viggiano.

Un avantage supplémentaire est que le soufre est un sous-produit du raffinage du pétrole. Il existe des stocks de l'élément dans le monde entier qui sont accessibles et n'attendent que d'être utilisés. Avec un peu d'imagination, ce déchet peut être transformé en quelque chose qui alimente des véhicules respectueux de l'environnement.

L'imagination est un autre aspect de SABRE.

Le projet cherche à utiliser des éléments qui n'ont jamais été combinés auparavant pour former une batterie. Par exemple, un composant développé par la NASA appelé « graphène troué » (du nom des trous dans sa surface pour permettre à l'air de passer à travers), a un très haut niveau de conductivité électrique. Il est ultra léger et respectueux de l'environnement.

"Ce matériau n'a jamais été utilisé dans les systèmes de batterie, et nous le combinons avec d'autres matériaux qui n'ont jamais été utilisés", a déclaré Viggiano.

SABRE fait des progrès

Les batteries à semi-conducteurs sont connues pour avoir un faible taux de décharge. En d'autres termes, la quantité d'énergie qui sort de la batterie à la fois est trop faible. Mais les chercheurs de SABERS ont presque doublé ce taux de décharge, ce qui signifie que les batteries à semi-conducteurs pourraient alimenter des appareils électroniques plus gros.

« Nous avons dépassé notre objectif. Avec plus de développement, nous pouvons encore améliorer ce taux », a déclaré Viggiano. Les objectifs et les succès du projet ont attiré l'attention d'entreprises telles qu'Uber et de plusieurs autres entreprises intéressées par la fabrication de véhicules pour les futurs environnements de mobilité aérienne avancée.

La prochaine étape pour SABERS consiste à mettre à l'épreuve la conception de la batterie. Cela inclura de tester son fonctionnement dans des situations pratiques, de s'assurer qu'il est sûr et de collecter des données sur ses performances. En cas de succès, la conception pourrait être encore optimisée.

Pendant ce temps, la sécurité reste la considération numéro un.

La recherche actuelle sur les batteries est principalement orientée vers l'industrie automobile, dont les normes de sécurité sont généralement moins restrictives que celles requises pour les applications aéronautiques où les batteries rencontrent des environnements plus stressants.

SABERS veut aider à établir cette nouvelle norme plus élevée pour une utilisation dans l'aviation en prouvant que la fabrication de batteries plus sûres est à la fois techniquement faisable et économiquement lucrative.

À quelles exigences ces batteries à semi-conducteurs doivent-elles répondre ? Sur la base d'une analyse de ce qui pourrait être nécessaire pour faire fonctionner un avion électrique pratique, les cinq considérations sur lesquelles SABERS s'est concentré étaient la sécurité, la densité énergétique, le taux de décharge, la conception de l'ensemble et l'évolutivité.

Essentiellement, ces batteries doivent avant tout être sûres. Ils doivent également détenir une énorme quantité d'énergie et émettre cette énergie efficacement. Ils devraient également avoir une forme mince et compacte et être développés avec l'approche la plus détaillée et la plus approfondie possible.

En fin de compte, SABERS détermine la faisabilité de batteries sûres pour les avions à propulsion électrique. En cas de succès, ces innovations pourraient contribuer à ouvrir une nouvelle ère de stockage d'énergie pour les futurs voyages en avion.

SABERS fait partie du projet Convergent Aeronautics Solutions, qui est conçu pour donner aux chercheurs de la NASA les ressources dont ils ont besoin pour déterminer si leurs idées pour résoudre certains des plus grands défis techniques de l'aviation sont réalisables, et peut-être dignes d'une poursuite supplémentaire au sein de la NASA ou par industrie.

Sélectionnée pour être une activité de deux ans qui a débuté le 1er octobre 2019, les interruptions de la poursuite provoquées par la pandémie de COVID-19 pourraient entraîner une prolongation, bien que rien n'ait encore été décidé.