Nytt batteri kan driva framtidens rymdutforskning

Litiumjonbatterier möjliggör nästan alla aspekter av modern teknik. De driver smartphones över hela världen och har till och med varit anställda av NASA för en mängd olika rymdapplikationer.

Det finns ett stort problem, dock: Litiumbatterier fungerar ganska dåligt i kalla temperaturer. Det betyder att på en kall vinterdag och speciellt I de subtila miljöerna i rymden fungerar dessa avgörande kraftkällor till en bråkdel av sin fulla kapacitet.

Men två forskare vid Fudan University i Shanghai har skapat ett hybrid litiumbatteri som inte har några problem som ger juice vid temperaturer så låga som -94 grader Fahrenheit (-70 grader Celsius). Dr Yong-yao Xia, en medförfattare av studien, anser att detta håller nyckeln till att driva framtida sonder och satelliter.

"Batteriet ger den mest lovande potentialen för speciell fältapplikation, till exempel yttre rymden eller nära yttre rymdutforskning. Det är mycket kallare på den motsatta sidan av solen vid den internationella rymdstationen, där temperaturen kan nå så låg som -157 grader Celsius, säger Xia Omvänd. "Det har emellertid rapporterats mycket om att konventionella litiumjonbatterier vid -40 grader Celsius bara behåller 12 procent av rumstemperaturens kapacitet."

I en tidning publicerad onsdag i tidningen Joule, Xia och Yonggang Wang förklara de anpassningar de gjorde till utformningen av traditionella litiumjonbatterier för att lösa den här besvärliga frågan.

Batterier består av två elektroder - en positivt laddad och den andra negativt laddad - och en flytande elektrolyt som bär laddningen mellan de två elektroderna.

Konventionellt består elektrolyten av en sur förening som är känd som ester, som blir trög under extremt kalla betingelser. Xia och Wang bestämde sig för att använda en annan syra och ersätta båda elektroderna med två organiska föreningar.

Lagets design använder en etylacetatbaserad elektrolyt, som har en låg fryspunkt. Detta gör att det kan leda laddningen i yttre utrymmen. De ersatte sedan den positiva elektroden med polytriphenylamin (PTPAn) och den negativa med 1,4,5,8-naftalenetetrakarboxylsyradianhydrid (NTCDA), som gör sitt jobb mycket effektivare än standardelektroder i subzero-miljöer.

Medan Xia och Wang har tagit de första stegen för att lösa ett problem som har förvirrat forskare på fältet, är deras design inte ganska redo för utforskning av rymden ännu. Deras batteri är inte lika energität som vanliga kommersiella batterier, vilket betyder att den har mindre laddning än vad du kan få i en butik.

"I nuvarande skede är de erhållna resultaten begränsade på laboratorienivå," förklarade Xia. "Vidare undersökning av elektrolyt med mycket brett elektrokemiskt fönster … bör fortfarande utföras för att förbättra laddningsytan och urladdningseffektiviteten vid låg temperatur. Även den har låg specifik energi; Det ger den mest lovande potentialen i specialprogrammen."

Med mer forskning kunde astronomer starta flottor av exploratory drones och sonder utan att oroa sig för dem som slår ner halvvägs genom sitt uppdrag. Åh, och om de någonsin snubblar över en isplan, som Hoth, kommer det inte heller vara några problem. Förhoppningsvis.