Breaking News

Breaking

Post Top Ad

Your Ad Spot

Monday, March 7, 2022

يصمم الباحثون "بدلات كهربائية" مشحونة للسيارات الكهربائية والمركبات الفضائية

مادة 2-د

الائتمان: CC0 المجال العام

مثل بدلة الطاقة المشحونة التي يرتديها Black Panther of Marvel Comics ، طور باحثو UCF تقنيات ناسا لتطوير بدلة كهربائية لسيارة كهربائية قوية مثل الفولاذ وأخف وزناً من الألمنيوم وتساعد على تعزيز قدرة السيارة.

البدلة مصنوعة من مادة كربونية مركبة تعمل كجهاز هجين لتخزين الطاقة والبطارية بفضل تصميمها الفريد على مستوى النانو.

ظهر التطور مؤخرًا كقصة غلاف في المجلة صغير ويمكن أن يكون لها تطبيقات في مجموعة من التقنيات التي تتطلب مصادر طاقة خفيفة الوزن ، من للمركبات الفضائية والطائرات والطائرات بدون طيار والأجهزة المحمولة والتكنولوجيا القابلة للارتداء.

“فكرتنا هي استخدام قذائف الجسم لتخزين الطاقة لتكملة الطاقة المخزنة في البطاريات” ، كما يقول المؤلف المشارك للدراسة جيان توماس ، قائد الفريق والأستاذ في مركز تكنولوجيا علوم النانو وقسم علوم وهندسة المواد بجامعة كاليفورنيا.

“الميزة هي أن هذا المركب يمكن أن يقلل من وزن سيارتك ويزيد الأميال لكل شحنة ،” كما يقول. “إنه قوي مثل الفولاذ أو حتى أقوى منه ولكنه أخف بكثير.”

يمكن للمادة ، عند استخدامها كغطاء لهيكل السيارة ، أن تزيد من نطاق السيارة الكهربائية بنسبة 25٪ ، مما يعني أن 200 ميل لكل مركبة شحن يمكن أن تقطع 50 ميلًا إضافيًا وتقلل من وزنها الإجمالي.

بصفته مكثفًا فائقًا ، فإنه سيعزز أيضًا قوة السيارة الكهربائية ، مما يمنحها الدفعة الإضافية التي تحتاجها للانتقال من صفر إلى 60 ميلاً في الساعة في 3 ثوانٍ.

يقول Luke Roberson ، المؤلف المشارك للدراسة وكبير الباحثين في البحث والتطوير في مركز كينيدي للفضاء التابع لناسا: “هذا التطبيق ، مثله مثل العديد من التطبيقات الأخرى ، يمكن أن يكون في الأفق يومًا ما مع تقدم التكنولوجيا في مستوى استعدادها”.

يمكن استخدام هذه المواد كإطارات للأقمار الصناعية المكعبة ، أو هياكل على موائل خارج العالم ، أو حتى كجزء من نظارات مستقبلية ، مثل سماعات الواقع الافتراضي والمختلط.

يقول روبرسون: “هناك الكثير من نقاط التسريب المحتملة داخل الاقتصاد وكذلك لاستكشاف الفضاء في المستقبل”. “هذا ، في رأيي ، تقدم هائل في مستوى الاستعداد التكنولوجي للوصول بنا إلى حيث نحتاج إلى أن نكون من أجل ضخ مهمة ناسا.”

في السيارات ، ستحصل المادة المركبة فائقة المكثف على قوتها من خلال الشحن ، مثل البطارية ، وكذلك عند فرامل السيارة ، كما يقول توماس.

“دورة الشحن والتفريغ أطول بـ 10 مرات من عمر بطارية السيارة الكهربائية ،” كما يقول.

كما أن المواد المستخدمة غير سامة وغير قابلة للاشتعال ، وهو أمر مهم جدًا لسلامة الركاب في حالة وقوع حادث ، كما يقول.

يقول توماس: “يعد هذا تحسنًا كبيرًا مقارنة بالمقاربات السابقة التي عانت من مشكلات تتعلق بالمواد السامة أو الشوارد العضوية القابلة للاشتعال أو دورات الحياة المنخفضة أو الأداء الضعيف”.

نظرًا لتصميمها الفريد الذي يستخدم طبقات متعددة من ألياف الكربون ، فإن المادة لها تأثير كبير وقوة الانحناء ، وهي ضرورية لتحمل الاصطدام التلقائي ، فضلاً عن قوة الشد الكبيرة.







توفر المادة المركبة الهجينة ذات الوزن الخفيف والبطارية فائقة المكثف الطاقة لسيارة كهربائية. ائتمان: Thomas Research Group ، جامعة سنترال فلوريدا

لبناء المادة ، أنشأ الباحثون طبقات من ألياف الكربون مشحونة إيجابًا وسلبيًا ، والتي عند تكديسها وإرفاقها في نمط بديل ، تخلق مركبًا قويًا ومخزنًا للطاقة.

تسمح صفائح الجرافين النانوية الملحقة بطبقات ألياف الكربون بزيادة القدرة على تخزين الشحنات ، في حين ترسب على الأقطاب الكهربائية المتصلة تعزز الجهد وتوفر كثافة طاقة أعلى. يقول توماس إن هذا يوفر هجينًا للبطارية ذات المكثف الفائق بقدرته غير المسبوقة على تخزين الطاقة ودورة حياة الشحن.

عمل ديباك باندي ، المؤلف الرئيسي للدراسة وطالب الدكتوراه في مختبر توماس ، على تشكيل وتشكيل وتحسين المركب ، بالإضافة إلى تطوير طريقة لإضافة أكاسيد المعادن إلى شرائح الجرافين الكربوني.

طور المؤلف المشارك للدراسة Kowsik Sambath Kumar ، وهو طالب دكتوراه في مختبر توماس ، طريقة لمحاذاة الجرافين النانوي عموديًا على أقطاب ألياف الكربون.

يقول كومار إن أحد أهم التطورات في هذا المركب الفائق المكثف هو أنه خفيف الوزن.

“في هذه اللحظة ، البطارية هي 30٪ إلى 40٪ من الوزن ، “كما يقول.” مع مركب تخزين الطاقة هذا ، يمكننا الحصول على أميال إضافية دون زيادة وزن البطارية ، كما أنه يقلل من وزن السيارة ، مع الحفاظ على قوة الشد والانثناء والصدمات العالية . كلما خفضت هذا الوزن ، يمكنك زيادة النطاق ، لذلك هناك تطبيقات ضخمة في السيارات الكهربائية والطيران. “

يوافق باندي ويبرز فائدته لقطاع الفضاء.

“صنع قمر صناعي من هذا المركب سيجعل القمر الصناعي خفيف الوزن وسيساعد على التخلص من حزمة البطارية الثقيلة ،” كما يقول. يقول باندي: “يمكن أن يوفر هذا آلاف الدولارات لكل عملية إطلاق. علاوة على ذلك ، يمكن أن يساعد الحجم المجاني المكتسب عن طريق إزالة البطاريات الكبيرة في حزم المزيد من أجهزة الاستشعار ومعدات الاختبار ، مما يزيد من وظائف الأقمار الصناعية”. “يعد السلوك الهجين ذو المكثف الفائق والبطارية مثاليًا للمكعبات حيث يمكن شحنها في دقائق عندما يدور القمر الصناعي حول الجانب المضاء بالطاقة الشمسية من الأرض.

يقول روبرسون إن التكنولوجيا حاليًا في مستوى الاستعداد التكنولوجي خمسة ، مما يعني أنه تم اختبارها في بيئة ذات صلة قبل الانتقال إلى الاختبار في بيئة حقيقية ، مثل رحلة الفضاء ، والتي ستكون اختبارًا من المستوى السادس.

لاجتياز المستوى الأخير من الاختبار ، المستوى التاسع ، والوصول إلى البيئة التجارية ، سيتطلب الأمر مزيدًا من التطوير والاختبار الذي يركز على التطبيقات التجارية ، كما يقول.


السلوك الخفي لمواد المكثفات الفائقة


معلومات اكثر:
Deepak Pandey et al ، المركبات النشطة للمركبات الكهربائية: طاقة مزدوجة الوظيفة ‐ تخزين مكثف فائق مركب من ألياف الكربون لألواح الجسم ، صغير (2022). DOI: 10.1002 / smll.202107053

معلومات المجلة:
صغير


الاقتباس: صمم الباحثون “ بدلات كهربائية ” مشحونة للسيارات الكهربائية والمركبات الفضائية (2022 ، 7 مارس) تم استردادها في 7 مارس 2022 من https://phys.org/news/2022-03-power-electric-vehicles-spacecraft.html

هذا المستند عرضة للحقوق التأليف والنشر. بصرف النظر عن أي تعامل عادل لغرض الدراسة أو البحث الخاص ، لا يجوز إعادة إنتاج أي جزء دون إذن كتابي. يتم توفير المحتوى لأغراض إعلامية فقط.

No comments:

Post a Comment

Powered by Blogger.

Search This Blog

Post Top Ad