Говорят, что сегодня большинство грантов получают междисциплинарные исследования. Смешение всегда обещает что-то удивительное, чего нельзя достичь в отдельно взятой области науки. Учёные из США наглядно доказали это утверждение, применив методы современной аналитической биологии для анализа характеристик литиевых аккумуляторов. Они уверяют, что благодаря новой работе электрические самолёты смогут увеличить дальность полёта в четыре раза.
Источник изображения: And Battery Aero
В современной молекулярной биологии много разных -омик: геномика, протеомика, метаболомика и так далее. Общее у всех разделов то, что они рассматривают проблемы в комплексе или совокупности множества, казалось бы, не связанных с основными исследованиями направлений. Например, исследователи веками изучали строение живых клеток, и только в последние десятилетия сообразили, что это надо делать в совокупности с внеклеточным анализом сопутствующих жизни клеток процессов.
Тот же принцип исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли и Мичиганского университета использовали для анализа элементов литиевых аккумуляторов. Батарея рассматривалась как совокупность процессов на аноде, катоде и в электролите. От самолётных тяговых батарей учёные хотят плохо сочетаемых характеристик: пиковой отдачи в режимах взлёта и посадки, а также стабильной отдачи мощности в крейсерском режиме полёта. Найти в этой схеме баланс означает добиться оптимальных условий работы аккумуляторов, а это может помочь увеличить дальность перелётов.
«Биологический» подход для анализа химического и физического состояния электродов и электролита позволил получить более полное представление о протекании сложных реакций на аноде, катоде и в электролитах. Учёные выяснили, что неспособность литиевых батарей обеспечивать высокую мощность в течение длительного периода времени была проблемой катода, а не анода. В ходе экспериментов стало ясно, что при смешивании определенных солей с электролитом они образовывали защитное покрытие вокруг катода, делая его устойчивым к разрушению и улучшая его характеристики.
Так, созданный исследователями новый электролит оказался очень и очень перспективным. Созданные на его основе экспериментальные аккумуляторы обеспечили настолько высокую плотность запасания энергии в сочетании со стабильно отдаваемой мощностью, что смогли бы обеспечить самолётам на электрической тяге полёт на четыре раза большую дальность, чем современные батареи.
В настоящее время команда работает над созданием аккумулятора емкостью 100 кВт·ч для проведения испытательного полета электрического самолета вертикального взлета и посадки (eVTOL) уже в 2025 году, что выглядит завораживающей перспективой для нового вида транспорта.