@ 2017.06.29 , 11:00
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喝海水的电池能为水下机器人供电

航空无人机的长程运行帮助他们在天空中执行重要任务。现在,MIT spinout Open Water Power(OWP)致力于极大提升无人水下机器人(UUVs)的运行里程,帮助其更好地实现各种水下任务。

最近应科技公司L3 Technologies的要求,OWP研发了一种新型铝-水供能系统,更安全更持久,使UUVs的行驶里程增加到原始锂离子电池的十倍。

喝海水的电池能为水下机器人供电
credit: 煎蛋画师BC

这一供能系统有广泛的应用,包括帮助UUVs潜入更深更久,到海洋的深渊中探索船只残骸,建立海床地图和进行研究等。还可被用于海上长程石油勘探和各种军事应用。

由于有这么多应用需求,OWP目前正努力进一步提升供能系统,不仅是为了UUVs,也是为了各种海床监控系统、声呐浮标系统以及其他海上研究设备。

OWP目前正与美国海军合作,替换用于检测敌方潜艇的声学传感器的电池。本夏季,该项目将于Riptide Autonomous Solutions合作使用UUVs进行水下调查。目前Riptide的UUVs一次只能行驶100海里,他们希望OWP能将其增加至1000海里。
联合发明者Ian Salmon McKay与机械工程研究生Thomas Milnes博士共同创立了OWP,说道:“人们在水下进行的一切事务都将大为容易。我们已经准备去征服大海了。”

喝海水供电

大部分UUVs使用锂离子电池,但这些电池有几个问题。这种电池容易着火,所以UUV用的电池一般不能进行空运。另外,其能量密度也有限,意味着需要昂贵的服务船只伴随UUVs到大海去,必要时对电池进行充电。并且这种电池需要被包装在昂贵的金属压力容器内。简言之,这种电池较为短命而且不安全。

相对的,OWP的供电系统更安全、廉价并且长寿。该系统由铝合金、结合其他元素(主要是镍)的阴极合金和两个电极之间的碱性电解液组成。

当装备有该供能系统的UUV被放入海洋中时,海水就会进入电池中,在阴极被分解为氢氧根阴离子和氢气。氢氧根阴离子与铝阳极相互作用形成氢氧化铝并释放电子。这些电子返回到阴极,进入电路中开始新的循环。释放的氢氧化铝和氢气都是无害废料。
只有在充满水时这些组件才会激活。如果铝阳极腐蚀了,就能以低成本进行替换。

McKay说道:“把这种供能系统想为一种水下引擎,水就是推动化学反应的氧化剂,替代汽车引擎中的空气。我们的供能系统能喝海水并抛弃废产物,但相比地面上的那种引擎,这里的废料并不有害。”

有了这个基于铝的供能系统,UUVs就能从海岸边发动,无需服务船只。例如在石油勘探中,目前被用于探索墨西哥湾的UUVs只能覆盖少部分管线。而OWP功能的UUVs能探索数百英里并返回,覆盖所有可用的管线。

敲定设计

OWP技术源于共同创立者的附带项目,经历了2个MIT课程和一个实验室的修改。2011年,McKay参与了MIT机械工程教授Douglas Hart讲授的2.013/2.014 (工程系统设计/研发)。Milnes是Viztu科技公司的联合创始人,是Hart的助教。

这个课程负责研发一种UUVs的替代供能源。McKay赌上了一种能量致密但富有挑战性的元素:铝。铝电池的一个主要挑战是某些化学问题使其难以向电路中贡献电子。此外,反应的产物氢氧化铝会附着在电极表面,阻止进一步的反应。在材料科学教授Yang Shao-Horn的10.625 (电化学能量转换和存储)课上,McKay通过制造富含镓的合金铝阳极解决了第一个挑战,能够向电路中贡献电子,但会很快被腐蚀。

Milnes看到了一些潜力,于是加入了McKay的工作中,进一步研究电池。两人将研究转移到了Gail E. Kendall机械工程教授Evelyn Wang的实验室。在那里,他们开始研究能禁止寄生性腐蚀过程并阻止氢氧化铝层在阳极上形成的电解液和合金材料。

2013年公司在Greentown Labs成立工作室,进一步精炼了供能系统的设计。今天,这一功能系统使用泵循环电解液,铲起不需要的阳极上的氢氧化铝,倾倒入定制沉淀阱。如果饱和了,就将沉淀阱和废料抛弃,自动换上一个新的。电解液会阻止海洋有机体在供能系统中生长。

目前OWP的首席科学官McKay称这一初创产业的成功大部分归功于MIT的创新氛围,很多教授都乐于提供技术和创业建议,使他们能够从事业余项目。

McKay说道:“就像一个村庄。这些课程和实验室就是想法成形之地。MIT人出于科研目的从事科学性极强的研究,但每个人也敏锐地意识到将技术推向市场的可能性。人们经常进行奇妙的‘如果这样会怎样’的谈话,在任何时候我可能都有酝酿程度不同的三到四个创业点子,我的朋友也是如此。这是一个鼓励友好交换想法的环境,鼓励人们有想法地从事附属项目。”

原文是MIT新闻的再发表

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。Rob Matheson


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TOTAL COMMENTS: 11+1

  1. 外星人
    @4 months ago
    3494025

    师傅 麻烦98号铝加200块钱

    [11] XX [1] 回复 [0]
  2. 3494036

    师傅,95#太平洋海水加满

    [13] XX [0] 回复 [0]
  3. 3494098

    评论内容,随便写的。

  4. 3494130

    土豪下车:Deluxe北冰洋冰川水加满

  5. 3494132

    过一阵子到南海捞出来看看

  6. 犇犇c
    @4 months ago
    3494280

    这个时候我有一个大胆的想法

  7. blacknight
    @4 months ago
    3494784

    请写出正负极反应式

  8. 瞳酱prpr
    @4 months ago
    3494992

    鹦鹉螺号!!!

  9. 3495609

    test

    可能离开了

  10. lbyounger
    @4 months ago
    3495790

    海底三万里

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