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La NASA busca crear una batería mejor y más segura con SABERS
Tratar con problemas de batería en nuestros teléfonos, tabletas o computadoras portátiles puede ser frustrante.
Aunque las baterías están en todas partes en la vida cotidiana, muchas aún sufren averías y fallas. El pequeño inconveniente de tener que cargarlos con más frecuencia podría incluso convertirse en costosas reparaciones o en la compra de un nuevo dispositivo por completo. Las baterías de dispositivos electrónicos más grandes, como patinetas flotantes o automóviles, incluso pueden incendiarse.
Ahora, con un énfasis cada vez mayor en la sostenibilidad de la aviación, el interés en el uso de baterías para alimentar parcial o totalmente los sistemas de propulsión eléctrica en aeronaves de todos los tamaños crece día a día.
Entonces, la pregunta es ¿podría haber una mejor manera de fabricar baterías que sean completamente seguras y que no fallen ni se incendien?
Una actividad de la NASA llamada SABERS, o "Baterías de arquitectura de estado sólido para una mayor capacidad de recarga y seguridad", está investigando cómo crear una batería más segura mediante el uso de materiales nuevos y métodos de construcción novedosos.
El objetivo es crear una batería que tenga una energía significativamente más alta que las baterías de iones de litio que usamos actualmente. Esta batería tampoco perderá capacidad con el tiempo, no se incendiará ni pondrá en peligro a los pasajeros si algo sale mal.
"En lugar de sacar una batería del estante, determinamos que necesitábamos desarrollar una batería desde cero que se adaptara a los requisitos de rendimiento únicos de una aeronave eléctrica", dijo Rocco Viggiano, investigador principal de SABERS en el Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland.
Resulta que las baterías de estado sólido se ajustan a los requisitos.
A diferencia de muchas baterías de hoy, las baterías que SABERS desea crear no tienen ningún líquido en su diseño. Una batería completamente sólida tiene un embalaje menos complicado, reduce los riesgos de seguridad y puede soportar más daños que una batería con líquidos en su interior.
El proyecto ha examinado el uso de una combinación única de los elementos azufre y selenio para mantener la carga eléctrica.
“Una batería de azufre-selenio de estado sólido es fría al tacto y no se incendia. Tiene un perfil más delgado que las baterías de iones de litio y tiene un mejor almacenamiento de energía. Puede recibir una paliza y seguir funcionando, a menudo en condiciones menos que ideales ”, dijo Viggiano.
Un beneficio adicional es que el azufre es un subproducto del refino de petróleo. Hay existencias del elemento en todo el mundo que son accesibles y están esperando ser utilizadas. Con un poco de imaginación, este producto de desecho se puede convertir en algo que impulse vehículos ecológicos.
La imaginación es otro aspecto de SABERS.
El proyecto busca utilizar elementos que nunca antes se habían combinado para formar una batería. Por ejemplo, un componente desarrollado por la NASA llamado "grafeno agujereado" (llamado así por los agujeros en su superficie para permitir que pase el aire), tiene un nivel muy alto de conductividad eléctrica. Es ultraligero y respetuoso con el medio ambiente.
“Este material nunca se ha utilizado en sistemas de baterías y lo estamos combinando con otros materiales que nunca se han utilizado”, dijo Viggiano.
SABERS avanza a pasos agigantados
Se sabe que las baterías de estado sólido tienen una tasa de descarga baja. En otras palabras, la cantidad de energía que sale de la batería a la vez es demasiado baja. Pero los investigadores de SABERS casi han duplicado esta tasa de descarga, lo que significa que las baterías de estado sólido podrían alimentar dispositivos electrónicos más grandes.
“Superamos nuestra meta. Con más desarrollo, podemos mejorar esa tasa aún más ”, dijo Viggiano. Los objetivos y éxitos del proyecto han atraído la atención de empresas como Uber y varias otras empresas interesadas en fabricar vehículos para futuros entornos de movilidad aérea avanzada.
El siguiente paso para SABERS es ejecutar el diseño de la batería a su ritmo. Esto incluirá probar cómo funciona en situaciones prácticas, asegurarse de que sea seguro y recopilar datos sobre su rendimiento. Si tiene éxito, el diseño podría optimizarse aún más.
Mientras tanto, la seguridad sigue siendo la consideración número uno.
La investigación actual sobre baterías está orientada principalmente hacia la industria automotriz, cuyos estándares de seguridad son generalmente menos restrictivos que los requeridos para aplicaciones de aviación donde las baterías se encuentran en entornos más estresantes.
SABERS quiere ayudar a establecer ese nuevo estándar más alto para su uso en la aviación al demostrar que fabricar baterías más seguras es técnicamente factible y económicamente lucrativo.
¿Qué requisitos deben cumplir estas baterías de estado sólido? Basado en un análisis de lo que podría ser necesario para operar una aeronave eléctrica práctica, las cinco consideraciones en las que se centró SABERS fueron la seguridad, la densidad de energía, la tasa de descarga, el diseño del paquete y la escalabilidad.
Esencialmente, estas baterías deben ser seguras por encima de todo. También necesitan tener una enorme cantidad de energía y emitir esa energía de manera eficiente. También deben tener una forma delgada y compacta y desarrollarse con el enfoque más detallado y completo posible.
En última instancia, SABERS está determinando la viabilidad de baterías seguras para aviones de propulsión eléctrica. Si tienen éxito, estas innovaciones podrían ayudar a habilitar una nueva era de almacenamiento de energía para viajes aéreos futuros.
SABERS es parte del proyecto Convergent Aeronautics Solutions, que está diseñado para brindarles a los investigadores de la NASA los recursos que necesitan para determinar si sus ideas para resolver algunos de los mayores desafíos técnicos de la aviación son factibles y quizás dignas de una búsqueda adicional dentro de la NASA o por la industria.
Seleccionada para ser una actividad de dos años que comenzó el 1 de octubre de 2019, las interrupciones en la persecución provocadas por la pandemia COVID-19 pueden llevar a una extensión, aunque aún no se ha decidido nada.
