Ny nanosatellit energiløsning øger pålideligheden og effektiviteten, til reducerede omkostninger

Mellem slutningen af ​​1990'erne og 2012, omkring 10 små satellitter blev opsendt årligt; den næste seksårige prognose er på over 3 000. Den europæiske rumsektor har en chance for at få en førende global position, hjulpet af det rigtige energilagringssystem.

Sektoren for små satellitter (nanosatellitter) vokser, drevet af øget miniaturisering, standardisering og reducering af omkostninger. Imidlertid, afgørende for dens succes - ved at tilbyde høj ydeevne til en lang række applikationer - er effektiv og pålidelig energilagring.

Det EU-finansierede MONBASA-projekt gik ud på at udvikle en energilagringsløsning; i overensstemmelse med eksisterende standarder og regler, pålidelig, med høj energieffektivitet, mens den forbliver let og kompakt. Forskerne designede nye tyndfilmskomponenter, afgørende for den næste generation af højspændings-genopladelige Li-ion-batterier.

Sikring af sikkerhedsstandarder, robusthed, energitæthed, vakuumkompatibilitet, stråling modstand og driftstemperatur vindue, gør batterierne ideelle til rumapplikationer, såvel som andre såsom Internet of Things (IoT).

Overgår den aktuelle tilstand

Mens nanosatellitter er blevet meget populære, med et stigende antal udviklere og projekter, MONBASA's udgangspunkt var, at innovative energilagringsløsninger kunne øge sektoren endnu mere.

Teamet udviklede først et solid state -batteri baseret på et højspændingselektrodepar og keramiske fastelektrolytter, med ioniske ledningsevner meget højere end kommercielle faste elektrolytter. Da integrationen af ​​den faste elektrolyt skal opnås for udførelsen af ​​en funktionel fuldcelle, at få kontakten lige mellem katode og elektrolyt, var kritisk. For fuldt ud at analysere de fysiske og kemiske egenskaber ved batterigrænsefladerne, de mest avancerede analyseværktøjer blev anvendt.

Det næste trin var at studere batteriintegration med de nyeste satellitsensorer, såsom mikroelektromekaniske systemer (MEMS), en afgørende teknologi til sensorer og aktuatorer i avancerede satellitter. Løsningen blev testet og valideret under rumlignende forhold.

"Vi vedtog behandlingsmetoder fra mikroelektronik og teknologisk glasindustri, der er kompatible med nanosatellitfremstilling. Disse var afgørende for at opnå højkvalitets tyndfilm Li-ion batterikomponenter, der udførte nuværende kommercielle komponenter, "forklarer projektkoordinator Dr. Miguel Ángel Muñoz.

MONBASA har vist, at tyndfilmelektroder testet mod kommercielle flydende elektrolytter kan have en levetid en størrelsesorden højere end konventionelle kommercielle elektroder. I praksis betyder det, at de nuværende Li-ion-celler kan øges ved kun at ændre elektroderne.

Teoretisk set bør den flydende elektrolyt ikke være stabil ved de høje spændinger, der leveres af MONBASA -katoden. Imidlertid, tyndfilmcellen bevarede mere end 80 % af sin oprindelige kapacitet i mere end 2000 cyklusser, ved høje strømhastigheder og efter integrering af den faste elektrolyt, stabil ved høje spændinger, celleydelsen vil være endnu højere.

Projektet fandt også ud af, at MONBASA -behandlingsmetoden for den negative elektrode, testet mod en kommerciel referencefast elektrolyt ved kun 45 ° C, matchede ydeevnen for konventionelle celler, der opererede ved 70 ° C.

Som Dr. Muñoz opsummerer, "MONBASA hel-solid-state batterier har potentiale til at overvinde de udfordringer, rumsektoren i øjeblikket står over for med kommercielt tilgængelige Li-ion-batterier." Han uddyber:"Batterikomponenter med længere levetid vil resultere i færre fejl og dermed længere satellitlevetid. Mindre størrelse tyndfilm højspændingsbatterier tillader mindre satellitter, reducere kollisionsrisici. Og et bredere temperaturvindue, vil forbedre sikkerheden og ydeevnen under ekstreme forhold. "

Sikring og udvidelse af kritiske tjenester

I sin rumstrategi for Europa, Europa -Kommissionen understregede betydningen af ​​innovative rumdata og teknologier, for tjenester, der er uundværlige i de europæiske borgeres dagligdag. Små satellitter er især nyttige til nye applikationer, da de er relativt billige at bygge og starte, giver muligheder inden for en række målmarkeder, såsom telekommunikation, landbrug, transport og miljø.

Disse tjenester hjælper med at beskytte og administrere kritisk infrastruktur, styrke den økonomiske konkurrenceevne, forvalte ressourcerne til en voksende befolkning og tackle presset fra klimaændringer. "Ud over rumsatellitter, projektresultaterne er af interesse for andre applikationer såsom forsyning af autonome sensorer til IoT og bærbare enheder som f.eks. til sundhedsovervågning. "

Men Dr. Muñoz påpeger, "Fremtidig indsats skal fokuseres på at optimere grænseflader, der muliggør integration af en tyndfilmskatode med en tyndfilmelektrolyt. Parallelt hermed opskalering af komponenter fremstilling bør prioriteres. "