كانت العبوات النفاثة والخادمات الروبوتات والسيارات الطائرة كلها وعودًا للقرن الحادي والعشرين. بدلاً من ذلك ، حصلنا على مكانس كهربائية آلية ومستقلة. الآن يقوم فريق من الباحثين في ولاية بنسلفانيا باستكشاف متطلبات مركبات الإقلاع والهبوط العمودي الكهربائية (eVTOL) وتصميم واختبار مصادر طاقة البطارية المحتملة.
يقول مدير مركز المحركات الكهروكيميائية بولاية بنسلفانيا: "أعتقد أن السيارات الطائرة لديها القدرة على توفير الكثير من الوقت وزيادة الإنتاجية وفتح ممرات السماء أمام وسائل النقل". "لكن المركبات الكهربائية ذات الإقلاع والهبوط العمودي تمثل تحديًا كبيرًا التكنلوجيا للبطاريات."
قال وانغ: "تحتاج بطاريات السيارات الطائرة إلى كثافة طاقة عالية جدًا حتى تتمكن من البقاء في الهواء". ويحتاجون أيضًا إلى طاقة عالية جدًا أثناء الإقلاع والهبوط. يتطلب قدرًا كبيرًا من القوة للتحرك رأسيًا لأعلى ولأسفل ".
ويشير وانغ إلى أن البطاريات ستحتاج أيضًا إلى إعادة شحنها بسرعة بحيث يمكن أن تكون هناك إيرادات عالية خلال ساعات الذروة. إنه يرى أن هذه المركبات لديها عمليات إقلاع وهبوط متكررة وإعادة شحنها بسرعة وبشكل متكرر.
قال وانغ: "من الناحية التجارية ، أتوقع أن تقوم هذه المركبات بـ 15 رحلة ، مرتين يوميًا خلال ساعة الذروة لتبرير تكلفة المركبات". "من المحتمل أن يكون الاستخدام الأول من مدينة إلى مطار يحمل ثلاثة إلى أربعة أشخاص على بعد حوالي 50 ميلاً."
يعتبر الوزن أيضًا أحد الاعتبارات لهذه البطاريات حيث سيتعين على السيارة رفع البطاريات وهبوطها. بمجرد انطلاق eVTOL ، في الرحلات القصيرة ، سيكون متوسط السرعة 100 ميل في الساعة والرحلات الطويلة بمتوسط 200 ميل في الساعة ، وفقًا لوانغ.
اختبر الباحثون بشكل تجريبي بطاريتي ليثيوم أيون كثيفتي الطاقة يمكن إعادة شحنها بطاقة كافية لرحلة eVTOL بطول 50 ميلًا في غضون خمس إلى عشر دقائق. يمكن أن تتحمل هذه البطاريات أكثر من 2,000 شحنة سريعة طوال عمرها الافتراضي.
استخدم وانج وفريقه التكنولوجيا التي كانوا يعملون عليها لبطاريات السيارات الكهربائية. المفتاح هو تسخين البطارية للسماح بالشحن السريع دون تكوين مسامير الليثيوم التي تتلف البطارية وتكون خطيرة. اتضح أن تسخين البطارية يسمح أيضًا بالتفريغ السريع للطاقة الموجودة في البطارية للسماح بالإقلاع والهبوط.
يقوم الباحثون بتسخين البطاريات عن طريق دمج رقائق النيكل التي تجعل البطارية بسرعة تصل إلى 140 درجة فهرنهايت.
قال وانغ: "في الظروف العادية ، تعمل السمات الثلاث الضرورية لبطارية eVTOL ضد بعضها البعض". "تقلل كثافة الطاقة العالية من الشحن السريع والشحن السريع عادةً ما يقلل من عدد دورات إعادة الشحن الممكنة. لكننا قادرون على عمل الثلاثة في بطارية واحدة ".
أحد الجوانب الفريدة تمامًا للسيارات الطائرة هو أن البطاريات يجب أن تحتفظ دائمًا ببعض الشحن. على عكس بطاريات الهواتف المحمولة ، على سبيل المثال ، التي تعمل بشكل أفضل إذا تم تفريغها وإعادة شحنها بالكامل ، لا يمكن مطلقًا السماح لبطارية السيارة الطائرة بالتفريغ بالكامل في الهواء لأن الطاقة مطلوبة للبقاء في الهواء والهبوط. يجب أن يكون هناك دائمًا هامش أمان في بطارية السيارة الطائرة.
عندما تكون البطارية فارغة ، تكون المقاومة الداخلية للشحن منخفضة ، ولكن كلما زادت الشحنة المتبقية ، زادت صعوبة دفع المزيد من الطاقة إلى البطارية. عادةً ما تتباطأ عملية إعادة الشحن مع امتلاء البطارية. ومع ذلك ، من خلال تسخين البطارية ، يمكن أن تظل عملية إعادة الشحن في نطاق من خمس إلى عشر دقائق.
قال وانغ: "آمل أن يمنح العمل الذي قمنا به في هذه الورقة للناس فكرة قوية بأننا لسنا بحاجة إلى 20 عامًا أخرى للحصول على هذه المركبات في النهاية". "أعتقد أننا أظهرنا أن eVTOL قابلة للتطبيق تجاريًا. "