SABERS 活动正在开发一种用于航空应用的固态电池。在这张图片中，NASA 研究人员 John Connell 和 Yi Lin（坐着）正在使用循环伏安计来检查 SABERS 团队为其固态电池创建的全新阴极的性能水平。

NASA固态电池重大突破：能量密度约为4680电池两倍

NASA 研究人员正在开发一种创新的电池组，该电池组比当今车辆和大型电子产品中常用的电池更轻、更安全、性能更好。

他们的工作是 NASA 对可持续航空的承诺的一部分，旨在通过研究固态电池在电动飞机和先进空中机动性等航空应用中的使用来改进电池技术。

与行业标准的锂离子电池不同，固态电池不含液体，这可能会导致有害情况，例如过热、起火和随着时间的推移失去电荷——任何使用大型电子产品的人都可能熟悉这些问题。

与标准锂离子电池相比，固态电池不会遇到这些有害条件，并且可以在压力环境中保持更多能量并表现更好。

现在，经过 NASA 一项名为“增强可充电性和安全性固态结构电池(SABERS)”的活动的成功工作几年后，这项研究引起了政府、工业界和学术界的极大兴趣。

SABERS 研究人员已与多个组织以及NASA Aeronautics内的其他项目合作，以继续开发其更具弹性的电池。

“SABERS 继续超越其目标，”位于克利夫兰的NASA 格伦研究中心的SABERS 首席研究员 Rocco Viggiano 说。“我们开始接近这一电池研究的新前沿，它的作用远超锂离子电池。可能性非常令人难以置信。”

 
此图描绘了 SABERS 固态电池中使用的电池内部，该电池主要由硫和硒制成。与锂离子电池不同，这些电池可以堆叠在一起，无需用外壳将它们分开。

新发展

电池性能是开发更具可持续性的电动飞机的一个关键方面。这些电池必须有效地存储为飞机提供动力所需的大量能量，同时保持重量轻——这是航空业的关键要求。

然而，电池可以存储的能量只是等式的一方面。电池还必须以足以为电动飞机或无人驾驶飞行器等大型电子设备供电的速率释放这种能量。

换句话说：电池可以被描述为一个桶。电池的能量（或容量）是桶可以容纳多少，而它的功率是桶可以清空的速度。要为电动飞机提供动力，电池必须以极快的速度释放能量或清空桶。

为此，SABERS 对尚未用于电池的创新新材料进行了试验，在功率放电方面取得了重大进展。在过去的一年里，该团队成功地将电池的放电率提高了 10 倍——然后又提高了 5 倍——使研究人员更接近他们为大型车辆提供动力的目标。

这些新材料可以进行额外的设计更改。

SABERS 团队意识到固态架构使他们能够改变电池的结构和包装，以减轻重量并增加其可存储的能量——与之前的类比相比，电池桶的大小。

SABERS 电池中的所有电池都可以垂直堆叠在一个外壳内，而不是像液体电池那样将每个单独的电池单元放置在自己的钢外壳内。部分归功于这种新颖的设计，SABERS 已经证明固态电池可以以每公斤 500 瓦时的巨大容量为物体供电——是电动汽车的两倍。

“这种设计不仅减轻了 30% 到 40% 的电池重量，还让我们能够将其存储的能量增加一倍甚至三倍，远远超过被认为是最先进的锂离子电池的能力，”维贾诺说。

安全性是电动飞机使用电池的另一个关键要求。与液态电池不同，固态电池在发生故障时不会着火，并且在损坏时仍然可以工作，这使得它们在航空中具有吸引力。

SABERS 研究人员在不同的压力和温度下测试了他们的电池，发现它可以在几乎是锂离子电池两倍的温度下工作，而无需太多的冷却技术。该团队正在继续在更热的条件下对其进行测试。

伙伴关系和未来

今年，SABERS 的主要目标是展示电池的性能满足其能源和安全目标，同时展示它可以在现实条件和最大功率下安全运行。

SABERS 已与包括乔治亚理工学院、阿贡国家实验室和太平洋西北国家实验室在内的多个合作伙伴合作，以推进这项前沿研究。

例如，与乔治亚理工学院的合作使研究人员能够在他们的工作中利用一些不同的方法，并发现他们如何改进他们的电池以供实际使用。

“Georgia Tech 非常关注电池在运行过程中如何变化的微观力学。这有助于我们了解电池内部的压力，进而帮助我们进一步改进电池，”Viggiano 说。“它还使我们从实际的角度了解如何制造这样的电池，并引导我们进行其他一些改进的设计配置。”

SABERS 还利用了多个 NASA 中心和项目的专业知识来实现​​其目标。该活动将持续五年，然后转入转型工具和技术项目。

此外，SABERS 的工作激起了亚音速单尾发动机活动的兴趣，该活动正在努力开发先进的混合动力概念飞机。

“我们就 NASA 的其他人如何利用我们的工作并可能使用我们的电池进行了很多富有成效的讨论，”Viggiano 说。“思考它可能带来什么是非常有益的。我们已经看到 SABERS 从一天午餐时的想法发展成为可能的航空能源解决方案。”

SABERS 是 Convergent Aeronautics Solutions 项目的一部分，该项目旨在为 NASA 研究人员提供 所需的资源，以确定他们解决航空领域一些最大技术挑战的想法是否可行，或许值得 NASA 内部或行业进一步追求。