Yeni alüminyum pil yalnızca deniz suyunu "içer", bu da insansız su altı araçlarının dayanıklılığını 10 kat artırabilir.
Pilotsuz Sualtı Araçları (UUV'ler) önemli bir Uzun süre su altına dalmak ve belirli görevleri bağımsız olarak tamamlamak için yüzey gemilerini veya denizaltılarını bir platform olarak kullanan akıllı bir cihaz. UUV'ler çeşitli sensörler, özel ekipman ve hatta silahlarla donatılmıştır.Modern donanmanın denizcilik görevlerini yerine getirmesi için vazgeçilmez bir silah olmasının yanı sıra, su altı arama kurtarma ve deniz dibi araştırmalarında sivil kullanım için önemli bir araçtır.
Şekil Pilotsuz Sualtı Araçları (UUV'ler)
Nisan 2014'te Malezya Havayolları yolcu uçağının düşmesinin ardından, ABD Donanması gelişmiş su altı robotu Bluefin-21'i, düşen sularda kara kutuları ve diğer enkazları aramak için kullandı. Bu sualtı cihazı kendi gücüyle 25 saat kesintisiz çalışabilir ve her gün 40 mil kare deniz tabanını arayabilir.
Şekil Bluefin-21 su altı görevlerini gerçekleştiriyor
Sualtı araçları için işi İş ortamı çok serttir - deniz suyu aşındırıcıdır ve basınç derinlikle birlikte keskin bir şekilde artar. Okyanusun derinliklerinde, uçağın dayanması gereken basınç, aracın güç sistemi için uzun süreli su altı dalışı ile birlikte "bir Cadillac'ı başparmak büyüklüğünde bir şeye sıkıştırabilir". Güvenliği ve dayanıklılığı büyük testlerden geçti.
Yakın zamanda, Massachusetts Institute of Technology'nin bir yan şirketi olan Open Water Power (OWP), daha güvenli ve daha dayanıklı yeni bir alüminyum-su pil sistemini başarıyla geliştirdiğini duyurdu. Geleneksel lityum iyon pillerle karşılaştırıldığında, yeni sistem UUV'lerin dayanıklılığını on kat artırır. Şirket ayrıca bu yıl 17 Mayıs'ta teknoloji şirketi L3 Technologies tarafından satın alındı.
İlke-Deniz suyu "içerek" güç üretimi
Çoğu UUV lityum pil kullanır. Hepimizin bildiği gibi, lityum pillerin kaçınılmaz birkaç sorunu vardır: Birincisi, alev almak kolaydır, bu nedenle UUV pilleri genellikle hava yoluyla sevk edilemez. İkinci olarak, enerji yoğunluğu sınırlıdır, bu da her UUV'nin su altı operasyonunun gerektiğinde pili şarj etmek için pahalı bir servis teknesi gerektirdiği anlamına gelir. Ek olarak, pilin ayrıca pahalı bir metal basınçlı kapta paketlenmesi gerekir. Kısacası, kısa ömürleri vardır ve kullanımları güvensizdir.
Tersine, OWP'nin güç sistemi daha güvenli, daha ucuz ve daha dayanıklı görünüyor. Alaşımlı alüminyumdan oluşan bir anot, çok sayıda elementin (esas olarak nikel) bir alaşımından oluşan bir katot ve elektrotlar arasında bir alkalin elektrolitten oluşur.
OWP güç sistemi ile donatılmış UUV'ler okyanusa konulduğunda batarya, katotta hidroksit anyonlarına ve hidrojene ayrışan deniz suyunu solumaya başlar. Hidroksit anyonu, alüminyum hidroksit oluşturmak ve elektronları serbest bırakmak için alüminyum anot ile etkileşime girer. Üretilen elektronlar daha sonra bir döngü oluşturmak için katoda hareket eder ve böylece dış dünyaya sürekli olarak elektrik enerjisi sağlar. Bu işlemle üretilen atık, zararsız işlem görmeden atılabilen alüminyum hidroksit ve hidrojendir.
Şekil OWP tarafından geliştirilen ve deniz suyunu "içerek" elektrik üreten yeni bir alüminyum pil türü. Open Water Power'ın izniyle görüntü
Tüm sistem yalnızca deniz suyu ile dolduğunda etkinleştirilir. Alüminyum anot tamamen aşındığında, değiştirme maliyeti de çok düşüktür. Bu tür bir akü sistemi bir su altı motoru olarak kabul edilirse karadaki araba motoruna göre çok daha üstündür. Bu tür bir motor deniz suyunu "içer" ve zararsız atık yayar; araba havayı solur ve çok fazla zararlı egzoz gazı yayar.
Yeni pil çözümünün sonuçlandırma süreci
Bu bir tesadüf OWPnin yeni teknolojisi, şirketin kurucu ortakları tarafından personel dışı bir proje olarak başlatıldı O sırada, iki öğretim kursu ve bir MIT laboratuvarı geliştiriliyordu.
2011 yılında şirketin kurucularından McKay, Profesör Douglas Hart tarafından verilen mühendislik sistemi tasarımı ve geliştirme kursuna katıldı. Profesör Douglas Hart, kıdemli bir donanım uzmanı, Brontes Technologies ve Lantos Technologies adlı iki şirketin kurucu ortağıdır. OWP'nin diğer kurucusu Milnes, o sırada Hartın öğretim asistanıydı ve daha önce Bronteste sistem mühendisi ve Viztu Technologiesin kurucu ortağıydı.
Şekil OWP şirket ekibi
Bu kurs, UUV'ler için alternatif güç kaynaklarının geliştirilmesinden sorumludur. McKay, enerji yoğun ancak son derece zorlu bir unsur olan alüminyum üzerine bahse girer.
Alüminyum pillerin temel zorluklarından biri, bazı kimyasal sorunların devrede elektron üretmeyi zorlaştırmasıdır. Ek olarak, reaksiyon ürünü alüminyum hidroksit, elektrot yüzeyine kolayca yapışarak reaksiyonun daha fazla ilerlemesini engeller. O zamandan beri McKay, Malzeme Bilimi Bölümü'nde profesör olan Yang Shao-Horn tarafından verilen elektrokimyasal enerji dönüşümü ve depolama kursunu incelemeye devam etti. Daha sonra McKay, alüminyum elektrotlar için ilk elektronik besleme sorununu başarıyla çözen galyum bakımından zengin bir alüminyum alaşım anot tasarladı, ancak bu elektrot hızla aşındı.
Milnes, alüminyum pillerin potansiyelini gördü ve ayrıca McKay'in yeni piller geliştirmek için personel dışı projesine katıldı. İkili araştırma çalışmalarını Makine Mühendisliği Bölümü'nden Profesör Evelyn Wang'ın laboratuvarına taşıdı. orada, Parazitik korozyonu engelleyebilen ve alüminyum hidroksitin anot üzerinde birikmiş bir tabaka oluşturmasını önleyebilen elektrolitler ve alaşım elektrotları geliştirmeye başladılar.
2013 yılında Massachusetts, Somerville'deki Greentown Laboratuvarı'nda kendi mağazalarını kurdular.O zaman, OWP'nin yaklaşık 10 çalışanı vardı ve güç sisteminin tasarımını daha da geliştirdiler. Bugün, sistem elektroliti dolaştırmak, istenmeyen alüminyum hidroksiti anottan almak ve özel bir çökeltme tankına boşaltmak için bir pompa kullanıyor. Doygun hale geldikten sonra, atık toplama tankı otomatik olarak açılır ve değiştirilir. Elektrolit, deniz organizmalarının sistemin içinde büyümesini engelleyebilir.
OWP'nin Baş Bilim Sorumlusu McKay, yeni kurulan şirketin başarısının MIT'deki güçlü inovasyon atmosferine bağlı olduğunu söyledi. Profesörlerinin çoğu, teknik ve girişimci tavsiyelerde bulunmaktan ve müfredat dışı faaliyetlere katılmasına izin vermekten mutluluk duyuyor.
Şekil McKay, OWP'nin Bilimsel Baş Sorumlusu
Bu alüminyum tabanlı güç sistemi ile UUV'ler kıyıdan fırlatılabilir ve artık servis gemilerine ihtiyaç duyulmaz, bu da yeni bir yol açar ve kullanım maliyetini büyük ölçüde azaltır. Örnek olarak, petrol aramalarını ele alırsak, şu anda Meksika Körfezi'ni keşfetmek için kullanılan UUV'ler, yalnızca birkaç petrol boru hattını kapsayacak şekilde yalnızca kıyı yakınlarında çalıştırılabilir. OWP ile çalışan UUV'ler yüzlerce kilometre yol kat edebilir, tüm boruları içerebilir ve pil bitmeden geri dönebilir.
Malezya Havayolları kazasında, denize düşen uçağın enkazını aramak için UUV'ler kullanıldı. Tekrarlanan dalışlar ve tırmanışlar gerektiren bu gibi operasyon görevleri büyük miktarda elektrik gerektirir ve bu da su altındaki UUV'ler için çok sınırlı bir etkili çalışma süresi sağlar. Yeni tip bir alüminyum hidroelektrik güç sistemi ile değiştirilirse, bu tür bir görevi iyi bir şekilde yapabilir.
Bu tür bir güç sistemi, UUV'lerin daha derine dalmasını sağlamak ve su altında daha uzun süre çalışmasını sağlamak, deniz tabanındaki gemi enkazlarını keşfetmek ve deniz tabanı topografyası üzerine araştırma yapmak gibi çok çeşitli potansiyel kullanımlara sahiptir. . Aynı zamanda uzun vadeli açık deniz petrol arama ve çeşitli askeri amaçlar için de kullanılabilir.
OWP, L3 Technologies tarafından satın alındıktan sonra, güç sistemi geliştirme yeteneklerini yalnızca UUV'ler için değil, aynı zamanda çeşitli deniz altı izleme sistemleri, sonobuoy sistemleri ve diğer deniz araştırma ekipmanları için de güçlendirmeyi hedefliyor.
OWP şu anda ABD Donanması ile düşman denizaltılarını izlemek için kullanılan su sensörlerinin pillerini değiştirmek için çalışıyor. Bu yaz, girişim, su altı araştırmaları için UUV'leri kullanmak amacıyla bir dizi test cihazı başlatmak için Riptide Autonomous Solutions (dünyanın önde gelen ultra kompakt insansız sualtı araçları üreticisi) ile birlikte çalışacak. Şu anda, Riptide'ın UUV'leri bir seferde yaklaşık 100 deniz mili yol alabilir, ancak şirket, OWP'nin menzili 1.000 deniz miline çıkarmasına yardımcı olabileceğini umuyor.
