Powierzchnia głębokiego morza obejmuje 71% powierzchni Ziemi. Jest to najbardziej tajemnicza, a jednocześnie surowa dziedzina. Z wysokim ciśnieniem od setek do tysięcy atmosfer.i drastyczne wahania temperaturyJako "energetyczne serce" głębinowych urządzeń badawczych,Wodaodporność akumulatora bezpośrednio decyduje o sukcesie lub porażce misji poszukiwawczych.Dzięki unikalnej konstrukcji "zamknięcia olejem + równowagi ciśnienia" baterie napełnione olejem przebiły się przez głębokowodne szczeliny konwencjonalnych baterii.staje się podstawowym źródłem energii dla robotów podwodnychPocząwszy od wyzwań związanych z wodoodpornością środowiska głębinowego, w tym artykule omówione zostaną zasady wodoodporności.praktyczne zastosowania, oraz ewolucji technologicznej akumulatorów napełnionych olejem, odkrywając, w jaki sposób utrzymują stabilne zasilanie w "podwodnych ekstremalnych środowiskach".

I. "Wypróba życia i śmierci" wodoodporności głębinowej: dlaczego konwencjonalne baterie nie są skuteczne

Aby zrozumieć wartość akumulatorów napełnionych olejem,W pierwszej kolejności należy rozpoznać "trójkątny atak" na baterie, jaki środowisko głębinowe stwarza., niezdolny do odporności na erozję w ekstremalnych warunkach.

1Wyciskanie pod wysokim ciśnieniem: "Śmiertelne ciśnienie dla pęknięcia obudowy"

Na każde 10 metrów zejścia do głębin morza ciśnienie wzrasta o 1 atmosferę.ciśnienie równoważne jest do 100 samochodów rodzinnego naciskających jednocześnie na powierzchni 1 metra kwadratowegoWiększość konwencjonalnych akumulatorów ma konstrukcję "stęstej obudowy + statycznej uszczelnienia" (np. gumowe uszczelnienia, klejnoty), która poddawana jest nieodwracalnej deformacji pod wysokim ciśnieniem: w najlepszym wypadkuuszczelki są ściśnięte i zdeformowaneW najgorszym wypadku obudowa pęka bezpośrednio, co pozwala na natychmiastowe przenikanie wody morskiej do rdzenia baterii.Bateria litowa oznaczona jako wodoodporna IP68 została zanurzona w głębokim morzu na głębokości 500 metrów., i to zwarcie i całkowicie stracił moc w ciągu zaledwie 23 minut z powodu pęknięcia obudowy.

2Korrozja wodą morską: "Niewidzialny zabójca elektrod i elektrolitów"

Woda morska zawiera około 3,5% chlorku sodu wraz z elektrolitami, takimi jak chlorek magnezu i chlorek wapnia, co czyni ją znacznie bardziej żrącą niż woda słodka.Nawet jeśli powłoka baterii konwencjonalnej nie pęknie całkowicie, woda morska może przenikać przez maleńkie szczeliny: z jednej strony reaguje chemicznie z elektrodami akumulatora (np.elektrody dodatnie z folii aluminiowej akumulatorów litowych są korozowane przez wodę morską w celu utworzenia tlenku aluminium, powodując słaby kontakt elektrody); z drugiej strony rozcieńcza i zanieczyszcza wewnętrzny elektrolit, zakłócając ścieżkę migracji jonów.Dane pokazują, że po zanurzeniu konwencjonalnej wodoodpornej baterii litowej w płytkiej wodzie morskiej (głębokości 10 metrów) przez 24 godziny, jego pojemność zmniejsza się o ponad 40%, co jest dalekie od zaspokojenia długoterminowych potrzeb w zakresie zasilania badań głębinowych.

3. wahania temperatury: "katalizator" niewydolności uszczelniającej

Głębokie morza nie są środowiskiem o stałej temperaturze.różnica temperatur między wodą morską powierzchniową a wodą wodnotermalną w pobliżu głębinowych źródeł cieplnych może przekraczać 300°C (około 20°C na powierzchni)Materiały uszczelniające konwencjonalnych baterii (np. gumowe uszczelnienia) rozszerzają się i kurczą w wyniku drastycznych zmian temperatury, zwiększając lukę uszczelniającą.Konstrukcje, które ledwo blokują wodę morską, początkowo tracą swoje właściwości uszczelniające z powodu powtarzających się wahań temperatury, w końcu pozwalając wodzie morskiej przenikać do rdzenia baterii, jest to główny powód, dla którego wiele "baterii wodoodpornych na płytkich wodach" nie może działać w głębokim morzu.

II. Zasada wodoodporności akumulatorów napełnionych olejem w głębokim morzu: Jak "oleja" tworzy "trójkątną sieć ochronną"

Baterie napełnione olejem mogą dobrze funkcjonować w głębokim morzu, ponieważ łączą w sobie "magazynowanie energii" z "odporną na wodę ochroną".Poprzez potrójną konstrukcję izolacyjnej bariery olejowej + równowagi ciśnienia + materiałów odpornych na korozję," dokładnie rozwiązują problemy z wodoodpornością konwencjonalnych baterii.

1Izolacyjne wypełnienie olejem: Pierwsza fizyczna bariera wodoodporna

Warstwaspecjalistyczne oleje izolacyjne(głównie olej mineralny lub syntetyczny olej estrowy) jest wypełniony pomiędzy obudową i rdzeniem baterii baterii napełnionych olejem.

• Zablokowanie przenikania wody morskiejOlej izolacyjny ma gęstość podobną do wody morskiej, ale jest w niej nierozpuszczalny, posiada wyjątkowo silne właściwości uszczelniające.olej izolacyjny najpierw wypełnia luki, tworząc "barerię folii olejowej", aby zapobiec bezpośredniemu kontaktowi wody morskiej z rdzeniem baterii; nawet jeśli obudowa jest częściowo pęknięta, olej izolacyjny wycieka powoli, forming an "oil layer" at the rupture site to delay seawater intrusion (experimental data shows that a certain type of oil-filled battery can still operate for 3 hours in the deep sea at 200 meters even with a 1mm casing crack).

• Izolacja i ochrona rdzenia baterii: Olej izolacyjny posiada doskonałe właściwości izolacyjne, nawet jeśli niewielka ilość wody morskiej przenika do obudowy, jest owinięta i odizolowana przez olej izolacyjny,niezdolny do tworzenia obwodu z elektrodami dodatnimi i ujemnymi rdzenia baterii, unikając w ten sposób awarii zwarcia, co stanowi wyraźną zaletę całkowicie nieobecną w konwencjonalnych bateriach.

2Projektowanie równowagi ciśnienia: "Kluczowa sztuczka przeciwdziałania wysokiemu ciśnieniu w głębokim morzu"

W celu rozwiązania problemu pęknięcia obudowy spowodowanego wysokim ciśnieniem głębinowym, akumulatory napełnione olejem przyjmują "elastyczna komora olejowa + transmisja ciśnienia" projektowanie w celu osiągnięcia równowagi ciśnienia wewnętrznego i zewnętrznego:

• Elastyczna struktura komory olejowej: W baterii znajduje się elastyczna komora olejowa wykonana z gumy odpornej na olej, wypełniona olejem izolacyjnym.zewnętrzne ciśnienie wody morskiej jest przesyłane do elastycznej komory olejowej przez obudowęKomora olejowa jest sprężona, a ciśnienie wewnętrzne oleju izolacyjnego wzrasta odpowiednio, ostatecznie równoważąc się z zewnętrznym ciśnieniem wody morskiej."ciśnienie netto" poniesione przez obudowę akumulatora jest znacznie zmniejszone, zapobiegając deformacji i pękaniu z powodu wysokiego ciśnienia (podobnie jak w przypadku kombinezonu nurkowego: regulacja ciśnienia wewnętrznego powietrza w celu przeciwdziałania ciśnieniu wody zewnętrznej na ludzkim ciele).

• "Słonowa izolacja" elektrolitu i oleju izolacyjnego: Elektrolit wewnątrz rdzenia baterii (np. elektrolit na bazie litu) i zewnętrzny olej izolacyjny są oddzielone przez odporną na olej przepony.Nie tylko uniemożliwia to mieszanie się elektrolitu z olejem izolacyjnym (nie zakłócając reakcji chemicznych baterii), ale także umożliwia przenoszenie ciśnienia przez przewód, co pozwala na zmiany ciśnienia wewnętrznego rdzenia baterii w synchronie z zewnętrznym ciśnieniem oleju izolacyjnego, co dodatkowo chroni rdzenie baterii przed uszkodzeniem pod wysokim ciśnieniem.

3Zastosowanie materiałów odpornych na korozję: "podstawowa gwarancja przeciwko erozji wody morskiej"

Obudowy i kluczowe elementy akumulatorów napełnionych olejem są wykonane z materiałów "odpornych na korozję w głębinowych wodach", zwiększając wodoodporność od źródła:

• Materiały obudowy: Zestaw tytanu lub stal nierdzewna 316L jest najczęściej stosowany.Środowiska pod wysokim ciśnieniem niż zwykłe stopy aluminium (eksperymenty pokazują, że szybkość korozji 316L stali nierdzewnej zanurzonej w głębokim morzu przez 1 rok jest tylko 00,01 mm/rok, podczas gdy zwykłe stopy aluminium mogą osiągać 0,5 mm/rok).

• Elektrody i końcówki: elektrody dodatnie wykonane są z folii miedziankowej, elektrody ujemne z folii miedziankowej,a końcówki są uszczelnione politetrafluoroetylenem (PTFE)  PTFE jest nie tylko odporne na korozję wody morskiej, ale również stabilne w zakresie temperatur od -20°C do 260°C, aby uniknąć awarii uszczelnienia spowodowanej wahaniami temperatury.

III. Praktyczne przykłady badań na głębokim morzu: "niezawodna wydajność" akumulatorów napełnionych olejem

Wyniki badań naukowych i scenariuszy przemysłowych potwierdziły, że akumulatory napełnione olejem są wodoodporne w głębinowych warunkach morza.000-metrowe wyprawy na głębokość morską do akcji ratunkowych na morzu płytkimIch praktyczne działanie udowodniło ich niezawodność jako "podwodnego jądra energetycznego".

13000-metrowa kamera na głębokościach morza: "Opiekun obrazu" do uchwycenia rzadkich stworzeń

Chiński okręt podwodny Deep Sea Warrior nosił kiedyś kamerę o wysokiej rozdzielczości wyposażoną w baterię napełnioną olejem, aby prowadzić misje obserwacji biologicznej na głębokościach morza na wysokości 3000 metrów.Naładowana olejem bateria tego aparatu przyjęła konstrukcję "elektrolyt na bazie litu + wysokiej gęstości olej izolacyjny", z obudową z stopem tytanu i elastyczną komorą olejową, zdolną wytrzymać ciśnienie 300 atmosfer.uchwycenie wyraźnych obrazów rzadkich stworzeń, takich jak głębinowe ślimaki i robaki rurkowe, pomimo wielokrotnych wahaniach temperatur (od 10°C do 25°C), napięcie akumulatora pozostało stabilne na poziomie 3,7 ± 0,1 V, bez awarii wodoodporności.konwencjonalny zamknięty akumulator litowy używany wcześniej zawiódł po maksymalnie 15 godzinach na tej samej głębokości z powodu problemów z ciśnieniem.

21500-metrowy czujnik dna morskiego: "Długoterminowa stacja danych" do poszukiwania ropy i gazu

Badania poszukiwania ropy naftowej i gazu na dnie morza wymagają wdrożenia dużej liczby czujników do monitorowania ciśnienia, temperatury i innych danych w czasie rzeczywistym,które muszą pracować nieprzerwanie na dnie morza od 6 do 12 miesięcyBateria napełniona olejem, wyposażona przez firmę energetyczną w te czujniki, miała ukierunkowane projekty:

• wypełnienie wysokiej lepkości olejem izolacyjnym w celu zapobiegania rozpływom oleju spowodowanym prądami dna morskiego;

• Wykorzystanie elektrolity soli litu odpornego na niskie temperatury w celu dostosowania się do stałej temperatury okolicy o temperaturze około 4°C w głębokim morzu;

• Przyjmowanie obudowy ze stali nierdzewnej 316L z podwójnymi uszczelnieniami PTFE.
  W praktyce ta bateria napełniona olejem dostarczała stabilną moc przez 10 miesięcy na głębokości 1500 metrów.utrzymanie 100% prędkości przesyłu danych z czujników bez konieczności konserwacji w tym okresieNatomiast konwencjonalne baterie wodoodporne wykorzystywane wcześniej wymagały wymiany średnio co 3 miesiące.które nie tylko zwiększyły koszty poszukiwania, ale również mogły zaszkodzić środowisku dna morskiego.

350-metrowy robot ratunkowy na morzu płytkim: "Elastyczny asystent" w sytuacjach awaryjnych

Baterie napełnione olejem doskonale działają również w scenariuszach płytkich mórz (w promieniu 100 metrów)."mini ROV" (dostępnie sterowany pojazd podwodny) używany przez zespół ratowniczy był wyposażony w lekką baterię napełnioną olejem (o wadze zaledwie 500 g), wypełnione olejem izolacyjnym i przyjmujące konstrukcję "samowyważającego ciśnienie" (nie jest wymagana elastyczna komora olejowa, osiągająca równowagę ciśnienia dzięki lekkiej kompresji oleju izolacyjnego).Podczas misji ratowniczej w porcie, ten ROV działał przez 8 godzin na głębokości wody 50 metrów, wielokrotnie poruszając się przez wąskie szczeliny w kabinie, bez wniknięcia wody do baterii.W końcu udało się zlokalizować uwięzionego personelu.W przeciwieństwie do tego, podobny ROV wykorzystujący konwencjonalną wodoszczelną baterię litową mógłby pracować tylko maksymalnie 3 godziny w tych samych warunkach pracy.z ryzykiem wejścia wody i utraty kontroli.

IV. Ewolucja technologiczna i spostrzeżenia DIY: Przyszłość i zastosowania akumulatorów napełnionych ropą naftową w głębokim morzu

Chociaż akumulatory napełnione olejem mogą spełniać wymagania większości scenariuszy głębinowych, nadal borykają się z takimi wyzwaniami, jak "ciężka waga, niska gęstość energii i trudna konserwacja." Te wąskie gardła są również kierunkiem przyszłych przełomów; dla entuzjastów sprzętu elektronicznego ich zasady wodoodporności mogą również stanowić praktyczne pomysły na projekty DIY pod wodą.

1Przyszłe przełomy: lekka, wydajna i inteligentna

• Materiały lekkie: Opracowanie obudowy z żywicy wzmocnionej włóknem węglowym w celu zmniejszenia masy akumulatora na 10Ah napełnionego olejem głębinowym z 2 kg do mniej niż 1 kg przy jednoczesnym zapewnieniu odporności na ciśnienie;

• Elektrolity o dużej pojemności: opracowanie nowych elektrolitów elektrody ujemnej z metalu litu w połączeniu z ulepszonym olejem izolacyjnym (np. dodanie nanoskalowych środków wodoodpornych),zwiększenie gęstości energii z 80-120Wh/kg do ponad 150Wh/kg;

• Inteligentny monitoring: Wbudowanie czujników mikrociśnienia i czujników stężenia oleju w celu przekazywania wewnętrznego stanu baterii w czasie rzeczywistym, zapewniając wczesne ostrzeżenia o awariach i zmniejszając koszty utrzymania.

2. DIY Insights: "Tips" dla poprawy wodoodporności konwencjonalnych urządzeń

• Proste uszczelnienie olejem izolacyjnym: Wypełnić niewielką ilość oleju transformatora w obudowie baterii konwencjonalnej, a następnie uszczelnić ją żywicą epoksydową w celu poprawy wodoodporności w środowiskach o płytkiej wodzie (np. w basenach),rzeki) (w celu uniknięcia nagromadzenia ciśnienia z powodu zmian temperatury należy zarezerwować małe otworze wentylacyjne);

• Projektowanie równowagi ciśnienia: Przy produkcji czujnika podwodnego typu DIY na obudowie należy zainstalować elastyczny gumkowy pęcherz (pełny powietrza lub oleju), aby osiągnąć równowagę ciśnienia wewnętrznego i zewnętrznego i zapobiec pękaniu obudowy;

• Oczyszczanie końcowe odporne na korozję: Owinięcie końcówek rurami, które kurczą się cieplnie, a następnie nałożenie olejoodpornego silikonowego uszczelniacza, aby zapobiec przeniknięciu wody morskiej przez końcówki.

The application of oil-filled batteries in deep-sea waterproofing is not only a result of technological innovation but also reflects the thinking of "designing for extreme scenarios"—they do not pursue "all-round capability" but focus on "deep-sea rigid demands," rozwiązując śmiertelne problemy konwencjonalnych baterii z prostą logiką "równowagi oleju + ciśnienia".To myślenie "rozstrzyganie problemów poprzez precyzję" może być bardziej cenne niż sama technologia: czy to projektowanie podwodnego sprzętu DIY, czy optymalizacja wodoodporności codziennych urządzeń elektronicznych, można z niego czerpać wgląd,wprowadzenie systemu wodoodporności, który nie stanowi już przeszkody ograniczającej stosowanie urządzeń.