Реактивные ранцы, горничные-роботы и летающие машины — все это мы должны были получить в 21 веке. Вместо этого мы получили механизированные автономные пылесосы и....всё. Сейчас группа исследователей из Пенсильвании изучает требования к электромобилям с вертикальным взлетом и посадкой (eVTOL), а также проектирует и испытывает потенциальные источники питания от батарей. Исследователи определили технические требования к батареям летающих автомобилей и сообщат о прототипе батареи в журнале Joule.
Батареи для летающих автомобилей требуют очень высокой плотности энергии, чтобы вы могли оставаться в воздухе. И им также нужна очень высокая мощность при взлете и посадке. Чтобы двигаться вертикально вверх и вниз, требуется много энергии.
Авторы работы отмечают, что аккумуляторы также нужно будет быстро перезаряжать, чтобы в часы пик можно было достичь максимального комфорта. Предполагается, что таким летающим авто придется совершать множество посадок и терять большую часть заряда в это время.
С коммерческой точки зрения инженеры ожидают, что эти автомобили будут совершать 15 поездок, дважды в день в час пик, чтобы оправдать их стоимость. Первое использование, вероятно, будет из города в аэропорт, перевозящим от трех до четырех человек на расстояние около 70 км.
Для этих аккумуляторов также важен вес, так как транспортному средству придется поднимать и опускать аккумуляторы. По словам исследователей, после запуска eVTOL в коротких поездках средняя скорость будет 180 км/ч, а в длинных поездках — до 350 км/ч.
Исследователи экспериментально протестировали две энергоемкие литий-ионные батареи, которые могут заряжаться с достаточной энергией для поездки на eVTOL на расстояние 70 км за пять-десять минут. Эти батареи могут выдержать более 2000 быстрых зарядов в течение своего срока службы.
Инженеры использовали технологию, над которой они работали, для аккумуляторов электромобилей. Главное — нагреть аккумулятор, чтобы обеспечить быструю зарядку без образования шипов лития, которые могут повредить аккумулятор и быть опасными. Оказывается, нагрев батареи также позволяет быстро разряжать энергию, хранящуюся в батарее, чтобы обеспечить взлет и посадку.
Исследователи нагревают батареи с помощью никелевой фольги, которая быстро нагревает батарею до 140 градусов по Фаренгейту. В нормальных условиях три атрибута, необходимые для батареи eVTOL, работают друг против друга. Высокая плотность энергии снижает быструю зарядку, а быстрая зарядка обычно сокращает количество возможных циклов перезарядки. Но мы можем сделать все три в одной батарее.
Совершенно уникальным аспектом летающих автомобилей является то, что батареи всегда должны сохранять некоторый заряд. В отличие, например, от аккумуляторов сотовых телефонов, которые лучше всего работают, если они полностью разряжены и заряжены, аккумулятор летающего автомобиля никогда не может полностью разрядиться в воздухе, потому что энергия необходима, чтобы оставаться в воздухе и приземляться. В аккумуляторе летающего автомобиля всегда должен быть запас прочности.
Когда батарея разряжена, внутреннее сопротивление зарядке низкое, но чем выше оставшийся заряд, тем труднее передать больше энергии в батарею. Обычно зарядка замедляется по мере заполнения батареи. Однако при нагревании аккумулятора время подзарядки может составлять от пяти до десяти минут.
Инженеры надеются, что работа, которую они проделали в этой статье, даст людям твердое представление о том, что нам не нужно еще 20 лет, чтобы, наконец, получить эти автомобили. Они отмечают, что продемонстрировали коммерческую жизнеспособность eVTOL, и установили вектор развития для технологии.