Las mochilas propulsoras, las criadas robot y los coches voladores eran todas promesas para el siglo XXI. En su lugar, obtuvimos aspiradoras autónomas mecanizadas. Ahora, un equipo de investigadores de Penn State está explorando los requisitos para los vehículos eléctricos de despegue y aterrizaje vertical (eVTOL) y diseña y prueba las posibles fuentes de energía de la batería.
"Creo que los coches voladores tienen el potencial de eliminar mucho tiempo, aumentar la productividad y abrir los pasillos del cielo al transporte", director del Centro de Motores Electroquímicos de Penn State. “Pero los vehículos eléctricos de despegue y aterrizaje vertical son un gran desafío. la tecnología para las baterías”.
“Las baterías para autos voladores necesitan una densidad de energía muy alta para que pueda permanecer en el aire”, dijo Wang. “Y también necesitan una potencia muy alta durante el despegue y el aterrizaje. Se necesita mucha potencia para subir y bajar verticalmente ".
Wang señala que las baterías también deberán recargarse rápidamente para que pueda haber altos ingresos durante las horas pico. Él ve que estos vehículos tienen despegues y aterrizajes frecuentes y se recargan rápida y frecuentemente.
“Comercialmente, esperaría que estos vehículos hicieran 15 viajes, dos veces al día durante las horas pico para justificar el costo de los vehículos”, dijo Wang. "El primer uso probablemente será de una ciudad a un aeropuerto que transporte de tres a cuatro personas a unas 50 millas".
El peso también es una consideración para estas baterías, ya que el vehículo tendrá que levantar y aterrizar las baterías. Una vez que el eVTOL despega, en viajes cortos la velocidad promedio sería de 100 millas por hora y los viajes largos promediarían 200 millas por hora, según Wang.
Los investigadores probaron experimentalmente dos baterías de iones de litio de alta densidad energética que pueden recargarse con suficiente energía para un viaje eVTOL de 50 millas en cinco a diez minutos. Estas baterías podrían soportar más de 2,000 cargas rápidas durante su vida útil.
Wang y su equipo utilizaron la tecnología en la que han estado trabajando para baterías de vehículos eléctricos. La clave es calentar la batería para permitir una carga rápida sin la formación de picos de litio que dañan la batería y son peligrosos. Resulta que calentar la batería también permite una rápida descarga de la energía contenida en la batería para permitir despegues y aterrizajes.
Los investigadores calientan las baterías incorporando una lámina de níquel que lleva la batería rápidamente a 140 grados Fahrenheit.
“En circunstancias normales, los tres atributos necesarios para una batería eVTOL funcionan entre sí”, dijo Wang. “La alta densidad de energía reduce la carga rápida y la carga rápida generalmente reduce el número de posibles ciclos de recarga. Pero podemos hacer los tres con una sola batería ".
Un aspecto completamente único de los autos voladores es que las baterías siempre deben retener algo de carga. A diferencia de las baterías de teléfonos celulares, por ejemplo, que funcionan mejor si están completamente descargadas y recargadas, nunca se puede permitir que la batería de un automóvil volador se descargue completamente en el aire porque se necesita energía para permanecer en el aire y aterrizar. Siempre debe haber un margen de seguridad en la batería de un automóvil volador.
Cuando una batería está vacía, la resistencia interna a la carga es baja, pero cuanto mayor es la carga restante, más difícil es inyectar más energía en la batería. Normalmente, la recarga se ralentiza a medida que se llena la batería. Sin embargo, al calentar la batería, la recarga puede permanecer en el rango de cinco a diez minutos.
"Espero que el trabajo que hemos realizado en este documento le dé a la gente una idea sólida de que no necesitamos otros 20 años para finalmente obtener estos vehículos", dijo Wang. “Creo que hemos demostrado que el eVTOL es comercialmente viable ".