که 71 درصد از سطح زمین را پوشش می دهد، دریای عمیق اسرارآمیز ترین اما خشن ترین قلمرو است با فشار بالا که از صدها تا هزاران اتمسفر، آب دریا بسیار خوردنی،و نوسانات شدید دما، که همه آنها می توانند دستگاه های الکترونیکی معمولی را در یک لحظه غیرفعال کنند.عملکرد ضد آب باتری به طور مستقیم موفقیت یا شکست ماموریت های اکتشافی را تعیین می کند.با تشکر از طراحی منحصر به فرد "پوشش روغن + تعادل فشار" ، باتری های پر از روغن از تنگه های ضد آب دریای عمیق باتری های معمولی عبور کرده اند.تبدیل شدن به منبع اصلی انرژی برای روبات های زیر آباین مقاله از چالش های ضد آب محیط عمیق شروع می شود و اصول ضد آب را بررسی می کند.کاربردهای عملی، و تکامل تکنولوژیکی باتری های پر شده از روغن، کشف چگونگی حفظ منبع انرژی پایدار در "محيط های شدید زیر آب".

I. "آزمایش زندگی یا مرگ" آبپاشی در اعماق دریا: چرا باتری های معمولی در حال مبارزه هستند

برای درک ارزش باتری های پر از روغن،ابتدا لازم است که "هجوم سه گانه" که محیط اعماق دریا به باتری ها وارد می کند را تشخیص دهیم. طرح های ضد آب معمولی در چنین سناریویی مانند "سد های کاغذی" هستند.، قادر به مقاومت در برابر فرسایش شرایط شدید.

1فشرده سازی با فشار بالا: "ضغط کشنده برای شکستن محفظه"

برای هر 10 متر نزول به اعماق دریا، فشار با 1 اتمسفر افزایش می یابد.فشار معادل 100 اتومبیل خانوادگی است که همزمان روی یک متر مربع فشار می آورند.اکثر باتری های معمولی از یک طراحی "حافظی سخت + مهر و موم ثابت" (به عنوان مثال، گسل های لاستیکی، چسبندگی چسب) استفاده می کنند که تحت فشار بالا تغییر شکل غیرقابل برگشت دارد: در بهترین حالت،گيسنت ها فشرده شده و شکسته شده اند، ایجاد شکاف؛ در بدترین حالت، پوشش به طور مستقیم شکسته می شود، اجازه می دهد آب دریا به سرعت به هسته باتری وارد شود. یک تیم تحقیقاتی یک آزمایش انجام داد:یک باتری لیتیومی با برچسب "IP68 ضد آب" در اعماق دریا در عمق 500 متر غرق شد، و به خاطر شکستن محفظه به طور کامل در عرض ۲۳ دقیقه برق از دست داد

2خوردگی آب دریا: "قاتل نامرئی الکترودها و الکترولیت ها"

آب دریا حدود ۳.۵ درصد کلرید سدیم را در بر می گیرد، همراه با الکترولیت هایی مانند کلرید منیزیم و کلورید کلسیم، که باعث می شود بسیار بیشتر از آب شیرین خوردنی باشد.حتی اگر یک باتری معمولی ٬ گودال آن به طور کامل شکسته نشوداز یک طرف، آب دریا می تواند از طریق شکاف های کوچک نفوذ کند: از یک طرف، آن را با الکترود های باتری (به عنوان مثالالکترود مثبت ورق آلومینیوم باتری های لیتیوم با آب دریا به شکل اکسید آلومینیوم خورد می شوداز طرف دیگر، الکترولیت داخلی را رقیق و آلوده می کند و مسیر مهاجرت یون را مختل می کند.داده ها نشان می دهد که پس از اینکه یک باتری لیتیوم ضد آب معمولی در آب کم عمق دریا (در عمق 10 متر) برای 24 ساعت غوطه ور می شود، ظرفیت آن بیش از 40٪ کاهش می یابد، که از پاسخگویی به نیازهای تامین انرژی طولانی مدت اکتشافات دریای عمیق دور است.

3نوسانات دما: "کاتالیزور" برای شکست مهر و موم

درياى عميق يك محیط با دماي ثابت نيست.تفاوت دمای بین آب سطح دریا و نزدیکی آب های آبگرم در اعماق دریا می تواند بیش از 300 درجه سانتیگراد باشد (حدود 20 درجه سانتیگراد در سطح).مواد مهر و موم باتری های معمولی (به عنوان مثال، گاسکت های لاستیکی) تحت تغییرات شدید دما گسترش می یابند و تراکم می کنند و شکاف مهر و موم را افزایش می دهند.ساختارهایی که آب دریا را به سختی مسدود می کنند، در ابتدا به دلیل نوسانات مکرر دمای آب، ویژگی های مهر و موم خود را از دست می دهنداین دلیل اصلی است که چرا بسیاری از "باتری های ضد آب دریای کم عمق" نمی توانند در دریای عمیق کار کنند.

۲. اصول ضد آب در اعماق دریا از باتری های پر از روغن: چگونه "نفت" یک "شبکه سه گانه حفاظت" ایجاد می کند

باتری های پر از روغن می توانند در اعماق دریا رشد کنند زیرا آنها به طور عمیق "خزنه انرژی" را با "حمایت ضد آب" ادغام می کنند.از طریق یک طراحی سه گانه از موانع عایق روغن + تعادل فشار + مواد مقاوم به خوردگی،" آنها به طور دقیق به نقاط درد ضد آب باتری های معمولی می پردازند.

1پر کردن روغن عایق: اولین "سد ضد آب فیزیکی"

يه لايه ازروغن عایق مخصوصاین لایه روغن مانند یک "دستکش ضد آب" عمل می کند:

• جلوگیری از نفوذ آب دریا: روغن عایق دهنده دارای چگالی مشابه آب دریا است اما در آن محلول نیست و دارای خواص بسیار قوی مهر و موم است.روغن عایق اول شکاف ها را پر می کند، ایجاد یک "حاجز فیلم روغن" برای جلوگیری از تماس مستقیم بین آب دریا و هسته باتری؛ حتی اگر محفظه تا حدودی شکسته شود، روغن عایق آهسته نفوذ می کند، 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).

• عایق بندی و حفاظت از هسته باتری: روغن عایق خود دارای خواص عایق الکتریکی عالی است. حتی اگر مقدار کمی از آب دریا به محفظه نفوذ کند، توسط روغن عایق پیچیده و جدا می شود.قادر به تشکیل مدار با الکترودهای مثبت و منفی هسته باتری نیست، به این ترتیب از خطاهای مدار کوتاه جلوگیری می شود، یک مزیت مشخص که باتری های معمولی کاملاً فاقد آن هستند.

2طراحی تعادل فشار: "کار کلیدی برای مقابله با فشار بالا در اعماق دریا"

برای رفع شکستگی هائیس ناشی از فشار بالا در اعماق دریا، باتری های پر از روغن یک "اتاق روغن انعطاف پذیر + انتقال فشارطراحی برای دستیابی به تعادل فشار داخلی و خارجی:

• ساختار اتاق روغن انعطاف پذیر: یک اتاق روغن انعطاف پذیر ساخته شده از لاستیک مقاوم به روغن در داخل باتری ذخیره شده است، که با روغن عایق پر شده است.فشار آب دریای خارجی از طریق پوشش به اتاق روغن انعطاف پذیر منتقل می شود.اتاق روغن فشرده می شود، و فشار داخلی روغن عایق ساز به همین ترتیب افزایش می یابد، در نهایت با فشار آب دریا متعادل می شود.فشار خالص که توسط محفظه باتری تحمل می شود به طور قابل توجهی کاهش می یابد.، جلوگیری از تغییر شکل و شکستگی ناشی از فشار بالا (مانند اصل یک لباس غواصی: تنظیم فشار هوای داخلی برای مقابله با فشار آب خارجی بر روی بدن انسان).

• "عزل لایه ای" بین الکترولیت و روغن عایق: الکترولیت داخل هسته باتری (به عنوان مثال الکترولیت مبتنی بر لیتیوم) و روغن عایق خارجی با یک دیافراگم مقاوم به روغن جدا می شوند.این نه تنها مانع از مخلوط شدن الکترولیت با روغن عایق کننده می شود (از تداخل با واکنش های شیمیایی باتری جلوگیری می شود) بلکه انتقال فشار را از طریق دیافراگم نیز امکان پذیر می کند.، اجازه می دهد فشار داخلی هسته باتری به طور هم زمان با فشار روغن عایق خارجی تغییر کند و همچنان از هسته باتری در برابر آسیب فشار بالا محافظت کند.

3تطبیق مواد مقاوم به خوردگی: "ضمان اساسی در برابر فرسایش آب دریا"

محفظه ها و اجزای کلیدی باتری های پر شده از روغن از مواد "مقاوم خوردگی در اعماق دریا" ساخته شده اند که دوام ضد آب را از منبع افزایش می دهد:

• مواد پوشش: آلیاژ تیتانیوم یا فولاد ضد زنگ 316L بیشتر استفاده می شود. این مواد مقاومت خوردگی بسیار بهتری در نمک بالا دارند.محیط های با فشار بالا نسبت به آلیاژ های آلومینیوم معمولی (تجربه ها نشان می دهد که نرخ خوردگی فولاد ضد زنگ 316L که برای یک سال در اعماق دریا غوطه ور شده است فقط 0 است).01mm/سال، در حالی که آلیاژهای آلومینیوم معمولی می توانند 0.5mm/سال را به دست آورند).

• الکترودها و ترمینال ها: الکترود مثبت از ورق مس نیکل شده ساخته شده است، الکترود منفی از ورق مس استیلو پایانه ها با پلی تترافلوئورو اتیلن (PTFE) مهر و موم شده اند PTFE نه تنها در برابر خوردگی آب دریا مقاوم است بلکه در محدوده دمای -20 °C تا 260 °C نیز پایدار است، جلوگیری از شکست مهر و موم ناشی از نوسانات دمایی.

III. موارد عملی در اعماق دریا: "کارایی قابل اعتماد" باتری های پر از روغن

توانایی ضد آب در اعماق دریا از باتری های پر شده از روغن در تحقیقات علمی و سناریوهای صنعتی مختلف، از 3،000 متر در اعماق دریا برای نجات اضطراری در آب کم عمقعملکرد عملی آن ها ثابت کرده است که قابل اعتماد هستند به عنوان "نور انرژی زیر آب".

1دوربین ۳۰۰۰ متری در اعماق دریا: "حافظ تصویر" برای گرفتن موجودات نادر

غواصی خلبان شده "حارب دریای عمیق" چین یک بار یک دوربین با وضوح بالا را که با یک باتری پر از روغن مجهز شده بود حمل می کرد تا ماموریت های مشاهده بیولوژیکی دریای عمیق را در 3000 متر انجام دهد.باتری پر از روغن این دوربین یک طراحی "الکترولیت مبتنی بر لیتیوم + روغن عایق بندی با چگالی بالا" را اتخاذ کرد، با یک محفظه از آلیاژ تیتانیوم و یک اتاق روغن انعطاف پذیر قادر به تحمل 300 اتمسفر فشار در طول سفر واقعی باتری کار به طور مداوم برای 100 ساعتگرفتن تصاویر روشن از موجودات نادر مانند ماهی های ماهیگیره و کرم های لوله ای در اعماق دریا با وجود نوسانات متعدد دمای (از 10°C تا 25°C)، ولتاژ باتری در 3.7V ± 0.1V ثابت باقی ماند، بدون شکست ضد آب.باتری لیتیوم مرموز معمولی که قبلاً استفاده شده بود پس از حداکثر 15 ساعت در همان عمق به دلیل مشکلات فشار شکست خورد..

2حسگر 1500 متري دريا: "ايستگاه اطلاعات درازمدت" براي اکتشاف نفت و گاز

اکتشافات نفت و گاز در کف دریا نیاز به استفاده از تعداد زیادی از سنسورها برای نظارت بر فشار تشکیل، دمای و سایر داده ها در زمان واقعی دارد.که نیاز به فعالیت مداوم در کف دریا برای 6 تا 12 ماه دارندباتری پر از روغن که توسط یک شرکت انرژی برای این سنسورها مجهز شده است، طراحی های هدفمند را نشان می دهد:

• پر کردن با روغن عایق کننده با واسکوزیتی بالا برای جلوگیری از ریزش روغن ناشی از جریان های قعر دریا

• استفاده از یک الکترولیت نمک لیتیوم مقاوم در دمای پایین برای انطباق با محیط دمای ثابت حدود 4 درجه سانتیگراد در اعماق دریا؛

• با استفاده از یک محفظه فولاد ضد زنگ 316L با دوتا گاسکت PTFE
  در کاربرد عملی، این باتری پر از روغن برای ۱۰ ماه در عمق ۱۵۰۰ متر برق پایدار را تامین می کرد.حفظ نرخ انتقال داده های سنسور 100٪ بدون نیاز به نگهداری در طول دورهدر مقابل، باتری های ضد آب معمولی که قبلا مورد استفاده قرار می گرفتند به طور متوسط هر 3 ماه یکبار نیاز به تعویض داشتند.که نه تنها هزینه های اکتشاف را افزایش می دهد بلکه خطر آسیب به محیط زیست کف دریا را نیز دارد..

3ربات نجات 50 متری در آب کم عمق: "کمک کننده انعطاف پذیر برای سناریوهای اضطراری"

باتری های پر از روغن نیز در سناریوهای کم عمق (در محدوده 100 متر) عملکرد بسیار خوبی دارند.یک "مینی ROV" (رویال زیر آب از راه دور) که توسط یک تیم نجات اضطراری مورد استفاده قرار می گیرد، مجهز به یک باتری پر از روغن سبک وزن (با وزن فقط 500 گرم)، پر از روغن عایق بندی، و اتخاذ یک طرح "توازن فشار خود" (هیچ اتاق روغن انعطاف پذیر مورد نیاز، دستیابی به تعادل فشار از طریق فشرده سازی کمی از روغن عایق بندی).در طول یک ماموریت نجات کشتی غرق شده در بندر، این ROV برای 8 ساعت در عمق آب 50 متر کار می کرد، بارها و بارها از طریق شکاف های کابین باریک حرکت می کرد، بدون ورود آب به باتری.درنهايت موفق شد که افراد گرفتار شده رو پيدا کنهدر مقابل، یک ROV مشابه با استفاده از یک باتری لیتیوم ضد آب معمولی فقط می تواند حداکثر 3 ساعت در شرایط کار مشابه کار کند.با خطر ورود آب و از دست دادن کنترل.

IV. تکامل تکنولوژیک و بینش DIY: آینده و کاربردهای باتری های پر از روغن در اعماق دریا

اگرچه باتری های پر از روغن می توانند نیازهای بیشتر سناریوهای دریای عمیق را برآورده کنند، اما هنوز با چالش هایی مانند "وزن سنگین، تراکم انرژی پایین و نگهداری دشوار روبرو هستند." اين تنگه هاي فشنگ هموار کننده ي پيشرفت هاي آينده هستند "برای علاقه مندان به تجهیزات الکترونیکی، اصول ضد آب آنها همچنین می تواند ایده های عملی برای پروژه های DIY زیر آب را ارائه دهد.

1پیشرفت های آینده: سبک وزن، ظرفیت بالا و هوشمند

• مواد سبک: توسعه غلاف های رزینی تقویت شده با فیبر کربن برای کاهش وزن یک باتری پر از روغن 10Ah از 2 کیلوگرم به کمتر از 1 کیلوگرم در حالی که مقاومت فشار را تضمین می کند.

• الکترولیت های با ظرفیت بالا: توسعه الکترولیت های جدید الکترود منفی لیتیوم فلزی، همراه با روغن عایق بندی بهبود یافته (به عنوان مثال، اضافه کردن عوامل ضد آب در مقیاس نانو)برای افزایش تراکم انرژی از 80-120Wh/kg به بیش از 150Wh/kg;

• نظارت هوشمند: جاسازی حسگرهای فشار کوچک و حسگرهای غلظت روغن برای انتقال وضعیت باتری داخلی در زمان واقعی، ارائه هشدار های زودهنگام از نقص و کاهش هزینه های نگهداری.

2بینش های DIY: " نکات " برای بهبود ضد آب تجهیزات معمولی

• مهر و موم ساده روغن عایق: مقدار کمی روغن ترانسفورم را در محفظه یک باتری معمولی پر کنید، سپس آن را با رزین اپوکسی مهر و موم کنید تا عملکرد ضد آب را در محیط های آب کم عمق (به عنوان مثال استخر های شنا) بهبود بخشد.,رودخانه ها) (برای جلوگیری از افزایش فشار ناشی از تغییرات دمایی، یک سوراخ کوچک باید اختصاص داده شود)

• طراحی توازن فشار: هنگام ساخت یک سنسور زیر آب DIY، یک مثانه لاستیکی انعطاف پذیر (پُر از هوا یا روغن) را بر روی محفظه نصب کنید تا تعادل فشار داخلی و خارجی حاصل شود و از شکستن محفظه جلوگیری شود.

• درمان پایانی مقاوم به خوردگی: لوله های پایانی را با لوله های فشرده کننده گرما بپوشانید، سپس سیلیکون ضد روغن را برای جلوگیری از نفوذ آب دریا از طریق پایانی استفاده کنید.

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 demandsبرای علاقه مندان به تجهیزات الکترونیک،این تفکر "حل مسئله از طریق دقت" ممکن است ارزشمندتر از خود تکنولوژی باشد.: چه طراحی تجهیزات زیر آب DIY و چه بهینه سازی عملکرد ضد آب دستگاه های الکترونیکی روزمره، می توان از آن بینش کسب کرد.ساخت "پوشش آب" دیگر یک تنگنایی محدود کننده استفاده از تجهیزات نیست.