باتری روی – هوا با قابلیت شارژ مجدد و امنیت بالا

باتری روی – هوا با قابلیت شارژ مجدد و امنیت بالا

733 403 نوفن حامی البرز

 

باتری‌های روی – هوا ظرفیت کمی برای ذخیره سازی انرژی دارند و از سوی دیگر شارژ آنها ساده نیست و به طور مکانیکی صورت می‌گیرد. اما یک تحول مهم در این زمینه رخ داده است.

محققان آلمانی ترکیبی جدید از روی – هوا را برای تولید باتری‌های مذکور به کار گرفته‌اند که بهره‌وری و قابلیت شارژ مجدد باتری‌های یادشده را افزایش می‌دهد.

مشکل این باتری‌ها آن است که آند روی پس از اکسید شدن کاملاً مصرف شده و این امر باعث می‌شود باتری دیگر قابل شارژ نباشد. برای حل این مشکل از الکترولیت جدیدی استفاده شده که باتری‌های روی – هوا را قابل شارژ مجدد می‌کند. این الکترولیت مایعات بیشتری دارد و برای تولید آن از نمک تری فلوئورومتان سولفونات روی استفاده شده که آن را غیر قلیایی و از نظر شیمیایی باثبات تر و کاملاً قابل شارژ می‌کند.

باتری‌های روی – هوا بر خلاف سایر باتری‌ها که تمامی مؤلفه‌های اساسی خود را در درون محفظه اصلی باتری جای داده‌اند، از اکسیژن دریافتی از محیط اطراف برای تولید انرژی بهره می‌گیرد. تعامل اکسیژن این باتری با کاتد آن موجب تولید مولکول‌هایی می‌شود که از الکترولیت قلیایی خمیری این باتری عبور کرده، با آند روی واکنش داده و جریان الکتریکی ایجاد می‌کنند.

این الکترولیت خلاقانه و غیرقلیایی باعث می‌شود که رقیبی تازه برای باتری‌های لیتیومی به وجود آید که با محیط زیست نیز سازگاری بیشتری دارند، امنیت آنها بالاست و هزینه تولید کمتری دارند. نمونه اولیه این باتری بیش از ۳۲۰ بار شارژ مجدد شده و به مدت ۱۶۰۰ ساعت مورد استفاده قرار گرفته است.

انسان ابتدا کاوشگر به مریخ فرستاد سپس یک بالگرد ولی تاکنون صحبتی درباره پرواز یک هواپیما در مریخ نشده است. در این مقاله به بالهای ویژه ای که یک هواپیما برای پرواز در جو نازک مریخ به آن نیاز دارد پرداخته شده است.

تا این اواخر هیچ تلاشی برای پرواز هواپیما در جو مریخ نشده بود. در حقیقت هوای مریخ بسیار رقیق‌تر از سطح زمین است و این بدان معناست که فشار هوای مریخ کمتر از یک درصد فشار هوای زمین است. اصلی‌ترین تردید مهندسان این بود که آیا نیروی مناسب بالا برنده‌ای در این شرایط وجود دارد یا خیر. اکنون پاسخ این سوال را می‌دانیم.

درمقاله‌ای که در ژوئن سال۲۰۲۰ توسط اولیو شوگر گابور(Oliviu Şugar-Gabor) و اندریا کوریانچی(Andreea Koreanschi) از دانشگاه سلفورد(Salford) بریتانیا منتشر شده است، ساختاری ممکن برای سطح مقطع بال هواپیما که از نظر فنی ماهی‌واره(Airfoil) نامیده می‌شود مورد بررسی قرار گرفته است که برای پرواز با سرعت نزدیک به سرعت صوت در جو مریخ مناسب است.

در ۳۰ ژوئیه ۲۰۲۰ ناسا(NASA) در ماموریتی به نام استقامت(Perseverance) کاوشگری را به همراه یک هلی‌کوپتر کوچک به نام نبوغ(Ingenuity) به مریخ فرستاد. این بالگرد اولین هواگردی است که می‌تواند در جو مریخ به طور کنترل شده پرواز کند. این بالگرد این کار را به وسیله یک جفت پره‌ی پروازی خود انجام می‌دهد که یکی از آن‌ها در بالای دیگری قرار دارد و در محوری یکسان می‌چرخند.

این گروه از یک رفع کننده‌ی جریان به نام SU۲ که نرم افزاری بسیار پیشرفته است و در علم آیرودینامیک برای بررسی رفتار یک مایع در برابر یک ساختار خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد استفاده کردند تا مناسب‌ترین شکل ماهی‌واره برای پرواز در نزدیکی سطح مریخ را تعیین کنند. آن‌ها مقداری ثابت به عنوان ضریب بالابرنده در نظر گرفتند این عدد نشان‌دهنده‌ی نیروی بالابرنده در بال‌هاست. آن‌ها این عدد را به اندازه‌ی کافی بالا در نظر گرفتند تا مطمئن شوند پرواز رخ خواهد داد. این گروه همچنین طیفی از اعداد ماخ(Mach) را در نظر گرفتند که نشان دهنده‌ی سرعتی است که هواپیما برای پرواز باید به آن دست یابد. این اعداد ۰.۶۶ و ۰.۶۸ و ۰.۷۰ ماخ بودند. عدد یک ماخ معادل سرعت صوت یعنی تقریبا ۷۶۷ مایل در ساعت است.

این پره‌ها بزرگ‌تر از آنچه در زمین برای پرواز مورد نیاز است هستند و همچنین بسیار سریع‌تر می‌چرخند تا با جو مریخ که چگالی کم و دمای پایینی دارد مقابله کنند. پره‌های بزرگ‌تر قدرت بالابری کافی ایجاد می‌کنند تا این بالگرد از سطح جدا شده و به پرواز در بیاید. اما پرواز به وسیله‌ی باله‌های ثابت مانند آنچه در هواپیماها وجود دارد در این محیط مشکلی چالش برانگیز است. در این شرایط نیاز به سرعت بسیار زیاد برای دستیابی به قدرت بالابری مناسب در بال‌هاست.

برطبق این اطلاعات نتیجه گرفتند که شکل مناسب برای ماهی‌واره در ضریب‌های ۰.۶۶ و ۰.۶۸ به گونه‌ای است که در بخش پایینی سطحی صاف و در سطح فوقانی منحنی باشد و حداکثر ضخامت آن در بخش میانی باشد. برای ضریب ۰.۷۰ ماخ حداکثر خمیدگی به بخش عقبی منتقل می‌شود این طراحی برای حرکت هموار ذرات هوا در بخش فوقانی ماهی‌واره مناسب است و در سرعت‌های زیاد از ایجاد جریان آشفته جلوگیری می‌کند.

این نتایج با روش‌های محاسباتی به دست آمده است، اما برای بررسی اینکه آیا در شرایط واقعی کار می‌کند، آزمایشات بیشتری لازم است. به عنوان مثال ، با استفاده از مدل کوچک‌تر از هواپیمای مریخی می‌توان چیزی شبیه به پرواز در مریخ را در ارتفاع بسیار بالای زمین، حداقل ۳۰۰۰۰ متر(حدود ۹۸۰۰۰ فوت) از سطح زمین شبیه‌سازی کرد. در واقع، در این ارتفاع، شرایط جوی بسیار شبیه به مریخ است.

توسعه‌ی یک هواپیما برای مریخ هدفی بلند مدت در جهت استقرار انسان‌ها در سیاره‌ی سرخ است. درحقیقت هواپیماهای کوچک‌تر می‌توانند به اندازه گیری و مشاهده‌ی سطوح بزرگ‌تری از مریخ کمک کنند. مانند مناطقی که دسترسی به آن‌ها به وسیله مریخ‌نوردها دشوار است. دانشمندان در طول تاریخ کاوشگرهای زیادی به سطح مریخ فرستاده‌اند اما اکنون وقت ‌آن است که کمی از سطح بالاتر برویم.

 

منبع: خبرگزاری مهر