NASA's doorbraak in solid-state batterijen kan vliegtuigen veranderen
Door Haley Zaremba - 23 jul 2023, 2:00 PM CDTNASA's nieuwe solid-state accutechnologie biedt een groener alternatief voor de traditioneleverbranding van vliegtuigbrandstof en elimineert de bijbehorende koolstof- en niet-koolstofemissies.
De solid-state batterijen overtreffen de huidige lithium-ion batterijen doordat ze lichter zijn,een grotere energieopslagcapaciteit hebben en de milieu- en geopolitieke implicaties van lithium vermijden.
Deze accutechnologie lost ook de typische nadelen van solid-state op door een hogere ontlaadsnelheidte bieden, de veiligheid te verbeteren door vloeibare elementen te vermijden en effectief te werkenonder extreme temperaturen, waardoor het ideaal is voor de luchtvaart.
NASA heeft misschien een manier gevonden om de toekomst van de luchtvaartindustrie te veranderen. Onderzoekers van NASA's
Solid-state Architecture Batteries for Enhanced Rechargeability and Safety (SABERS) hebben met succes een solid-state batterij
gemaakt die technisch geavanceerd genoeg is om op efficiënte wijze een vliegtuig van stroom te voorzien. Het vinden van een
manier om vliegreizen groener te maken is een cruciaal aandachtspunt voor de wereldwijde weg naar decarbonisatie, evenals
voor het economisch welzijn van de industrie in een toekomst, waarin brandstofprijzen waarschijnlijk zullen blijven stijgen terwijl
beleidsinstrumenten zoals koolstofbelastingen meer gemeengoed worden.
De transportsector is een van 's werelds grootste veroorzakers van klimaatverandering en produceert bijna een kwart van de totale
energiegerelateerde koolstofuitstoot wereldwijd - en vliegreizen zijn een van de grootste overtreders. Gemiddeld stoten vliegtuigen
ongeveer 100 keer meer koolstofdioxide per uur uit dan een bus- of treinreis. In totaal is de jaarlijkse uitstoot van de luchtvaart hoger
dan die van de meeste hele landen, namelijk 1 miljard ton kooldioxide per jaar. En de verbranding van vliegtuigbrandstof stoot niet
alleen koolstof uit, maar produceert ook "stikstofoxiden, roet, waterdamp en sulfaataërosolen, die allemaal een wisselwerking hebben
met de atmosfeer en op verschillende manieren en op verschillende tijdschalen een effect hebben op het klimaat."
De nieuwe batterijen kunnen niet alleen vliegtuigen elektrificeren, waardoor de koolstof- en andere emissies die gepaard gaan met het
verbranden van vliegtuigbrandstof worden geëlimineerd, maar deze baanbrekende solid-state batterijen slagen er ook in om een van
de belangrijkste compromissen te vermijden, die elektrificatieprocessen in het algemeen plagen: lithium.
Lithium is een eindige bron die gepaard gaat met zijn eigen reeks negatieve externe milieueffecten en grote geopolitieke implicaties.
China controleert momenteel bijna een derde van de lithiumleveringsketens in de wereld en het zal niet gemakkelijk zijn om die markt
te diversifiëren. Bovendien heeft de essentiële rol van lithium in een groot aantal schone energie-infrastructuurcomponenten geleid tot
stijgende prijzen en een schaarstemindset. Het helemaal vermijden van deze netelige situatie is een grote winst voor SABERS.
En dat niet alleen, de nieuwe NASA solid-state batterij is lichter en kan meer energie opslaan dan lithium-ion batterijen.
"We beginnen deze nieuwe grens van batterijonderzoek te naderen die zoveel meer zou kunnen doen dan lithium-ion batterijen," zei
Rocco Viggiano van SABERS, een onderzoeker bij NASA's Glenn Research Center in Cleveland.
"Dit ontwerp elimineert niet alleen 30 tot 40 procent van het gewicht van de batterij, het stelt ons ook in staat om de energie die kan
worden opgeslagen te verdubbelen of zelfs te verdrievoudigen, wat veel verder gaat dan de mogelijkheden van lithium-ion batterijen,
die als state of the art worden beschouwd," voegde hij eraan toe.
SABERS is er ook in geslaagd om een belangrijk nadeel van solid-state accutechnologie te overwinnen.
Normaal gesproken zijn lithium-ion accu's veel efficiënter, als het gaat om het ontladen van energie.
Maar door een nieuwe innovatie is SABERS in staat geweest om "de ontlaadsnelheid van een solid-state batterij met een factor 10 te
verhogen - en dan nog eens met een factor vijf", volgens een bericht van Yahoo! News.
Bij elke innovatie in de luchtvaart is veiligheid een topprioriteit. Solid-state batterijen nemen ook de belangrijkste veiligheidsproblemen
weg, die verbonden zijn aan lithium-ion batterijen, die een zeer ontvlambare vloeistof bevatten, die historisch gevoelig is voor lekkage,
waardoor extra behuizing nodig is, die de batterijen nog zwaarder maakt.
Solid-state batterijen bevatten helemaal geen vloeistof, waardoor ze ruimtebesparend gestapeld kunnen worden en zelfs als ze
beschadigd zijn nog gebruikt kunnen worden. Bij de extreme temperatuurschommelingen, die vliegtuigen tijdens een vlucht ervaren,
is een dergelijke duurzaamheid essentieel. "NASA-onderzoekers hebben ontdekt, dat solid-state batterijen kunnen werken in temperaturen
die twee keer zo heet zijn als lithium-ion batterijen," meldt Yahoo!
Bovendien "bereiken solid-state batterijen dit met minder koeltechnologie dan lithium-ion."
Hoewel de technologie gloednieuw is en nog niet commercieel levensvatbaar, heeft ze een enorm ontwrichtend potentieel.
"Volgens het Intergovernmental Panel on Climate Change wordt de luchtvaart algemeen erkend als een 'moeilijk te ontkolen' sector met een
sterke afhankelijkheid van vloeibare fossiele brandstoffen en een infrastructuur met lange 'lock-in' tijdschema's, wat resulteert in een langzame
omlooptijd van de vloot. In deze context is de doorbraak van NASA bijzonder opwindend.
Als deze solid-state batterijen op grote schaal kosteneffectief worden, zijn de voordelen voor de transportsector - en de wereldwijde
klimaatdoelstellingen - enorm.
Door Haley Zaremba voor Oilprice.com