Marina SUA are în dotare o baterie mecanică bazată pe volante rotative, care stochează energie pe măsură ce acestea se învârt și pot descărca acea energie într-o rafală rapidă atunci când sunt oprite. Aceste baterii ar putea fi utilizate pentru alimentarea armelor cu laser, a unor tunuri electrice, sau chiar pentru a stoca energie pentru utilizarea casnică.
Generatoarele clasice pot furniza o energie constantă. Totuși, acestea nu pot fi pornite pentru „explozii” scurte de energie. Pentru aceste explozii, care sunt necesare pentru armele cu energie direcționată și tunurile electrice, marina SUA folosește în prezent celule de baterii litiu-ion. Acestea se pot descărca rapid, dar prezintă și o serie de riscuri pentru navele de război: bateriile conțin materiale periculoase și sunt predispuse la incendiu și la fenomenul de thermal runaway (creșterea temperaturii). De asemenea, bateriile nu funcționează optim la temperaturi ridicate și scăzute.
Pentru a rezolva aceste probleme, cercetătorii din cadrul companiei Vishwa Robotics din Massachusetts și din cadrul Institutului de Tehnologie din Massachusetts au proiectat o baterie mecanică care utilizează o serie de volante integrate în interiorul unei cutii. În general, atunci când este vorba de stocarea energiei, volantele nu sunt la fel de eficiente precum bateriile chimice, dar bateria mecanică are unele caracteristici inovatoare. Pentru început, aceasta conține mai multe unități mici decât o singură volantă mare.
„Prin reducerea dimensiunilor, fiecare celulă poate fi rotită mult mai rapid”, a declarat Bhargav Gajjar, președintele companiei Vishwa Robotics din Massachusetts.
Noii rulmenți brevetați de companie fac unitatea mai eficientă și mai economică. Gajjar a declarat faptul că produsul lor stochează mai multă energie decât o baterie litiu-ion de aceeași greutate și că acesta o poate elibera mai rapid, fără a exista vreun risc termic.
„De obicei, un generator diesel de 5 kilowați are dimensiunea unei mașini de spălat și cântărește peste 100 de kilograme. Prototipul bateriei mecanice de 5 kilowați are un disc cu un diametru de doar 25 de centimetri, iar următoarea versiune va avea un disc cu diametrul de sub 20 de centimetri. În plus, acestea pot fi stivuite pentru a alimenta arme care consumă mai multă energie, precum un laser utilizat pentru a contracara dronele”, a declarat Gajjar.
„Dispozitivele de conversie și stocare a energiei disponibile în prezent, care pot alimenta astfel de sisteme de arme de distrugere a dronelor, au două probleme. Acestea sunt foarte voluminoase și conțin substanțe chimice explozive. Aceste două probleme fac foarte dificilă integrarea acestor arme în cadrul navelor, submarinelor, vehiculelor și sistemelor fără pilot”, a adăugat acesta.
Software-ul sofisticat gestionează volantele, monitorizând și extrăgând puterea de la diferitele roți pentru a satisface cererea. Gajjar este de părere că bateria mecanică este potrivită și pentru uz casnic.
„Un prototip mai mic, de 10 kilowați-oră, funcționează deja în garajul meu și alimentează toată casa pe timp de noapte. Panourile solare de pe acoperiș reîncarcă unitatea în timpul zilei”, a declarat Gajjar.
„Volanta este un dispozitiv mecanic simplu, care nu necesită materiale rare, deci aceasta ar putea fi produsă în masă și la un cost redus. Bateriile chimice devin mai puțin eficiente după câteva sute de cicluri de încărcare/descărcare, dar bateria mecanică nu prezintă niciun efect după zeci de mii de cicluri, așadar aceasta ar putea fi exploatată timp de zeci de ani”, a adăugat acesta.
Keith Pullen, din cadrul City University of London, este de părere că bateria mecanică pare a fi mai potrivită pentru aplicații care necesită explozii rapide de energie. El se îndoiește de faptul că acestea au un raport energie-greutate mai bun decât bateriile litiu-ion.
Obiectivul principal al marinei îl reprezintă utilizarea unor dispozitive mai sigure decât bateriile chimice, chiar dacă anterior au existat unele accidente notabile, cauzate de aceste dispozitive. În trecut, o serie de volante au aruncat resturi sau s-au detașat în timp ce se învârteau, rănind oamenii.
„Volantele au reputația de a fi periculoase, dar sunt mai sigure decât bateriile chimice dacă sunt proiectate corespunzător”, a declarat Pullen.
La începutul lunii februarie 2021, marina SUA a atribuit un contract de dezvoltare de doi ani pentru bateria mecanică, care va include testarea performanței și siguranței în diferite condiții. Dispozitivul va fi evaluat pentru furnizarea de energie nu doar pentru arme, ci și pentru senzori, pentru propulsia unor vehicule, precum submarine fără pilot, și ca generatoare de rezervă.
