Les jet packs, les robots de ménage et les voitures volantes étaient autant de promesses pour le 21e siècle. À la place, nous avons eu des aspirateurs mécanisés et autonomes. À présent, une équipe de chercheurs de Penn State explore les exigences des véhicules électriques à décollage et atterrissage verticaux (eVTOL) et conçoit et teste des sources d'alimentation potentielles par batterie.
"Je pense que les voitures volantes ont le potentiel de gagner beaucoup de temps, d'augmenter la productivité et d'ouvrir les couloirs aériens au transport", directeur de l'Electrochemical Engine Center de Penn State. "Mais les véhicules électriques à décollage et atterrissage vertical sont très difficiles sans souci pour les piles.
"Les batteries des voitures volantes ont besoin d'une densité d'énergie très élevée pour que vous puissiez rester en l'air", a déclaré Wang. « Et ils ont également besoin d'une puissance très élevée au décollage et à l'atterrissage. Il faut beaucoup de puissance pour monter et descendre verticalement.
Wang note que les batteries devront également être rechargées rapidement afin qu'il puisse y avoir des revenus élevés pendant les heures de pointe. Il voit ces véhicules effectuer des décollages et des atterrissages fréquents et se recharger rapidement et souvent.
« Commercialement, je m'attendrais à ce que ces véhicules effectuent 15 trajets, deux fois par jour aux heures de pointe pour justifier le coût des véhicules », a déclaré Wang. "La première utilisation sera probablement d'une ville à un aéroport transportant trois à quatre personnes à environ 50 miles."
Le poids est également un facteur à prendre en compte pour ces batteries, car le véhicule devra soulever et atterrir les batteries. Une fois que l'eVTOL a décollé, sur les courts trajets, la vitesse moyenne serait de 100 milles à l'heure et les longs trajets seraient en moyenne de 200 milles à l'heure, selon Wang.
Les chercheurs ont testé expérimentalement deux batteries lithium-ion à forte densité énergétique qui peuvent se recharger avec suffisamment d'énergie pour un trajet eVTOL de 50 km en cinq à dix minutes. Ces batteries pourraient supporter plus de 2,000 XNUMX charges rapides au cours de leur durée de vie.
Wang et son équipe ont utilisé la technologie sur laquelle ils travaillent pour les batteries de véhicules électriques. La clé est de chauffer la batterie pour permettre une charge rapide sans formation de pointes de lithium qui endommagent la batterie et sont dangereuses. Il s'avère que le chauffage de la batterie permet également une décharge rapide de l'énergie contenue dans la batterie pour permettre les décollages et atterrissages.
Les chercheurs chauffent les batteries en incorporant une feuille de nickel qui amène rapidement la batterie à 140 degrés Fahrenheit.
« Dans des circonstances normales, les trois attributs nécessaires à une batterie eVTOL fonctionnent les uns contre les autres », a déclaré Wang. « La haute densité énergétique réduit la charge rapide et la charge rapide réduit généralement le nombre de cycles de recharge possibles. Mais nous sommes capables de faire les trois avec une seule batterie.
Un aspect tout à fait unique des voitures volantes est que les batteries doivent toujours conserver une certaine charge. Contrairement aux batteries de téléphones portables, par exemple, qui fonctionnent mieux si elles sont complètement déchargées et rechargées, une batterie de voiture volante ne peut jamais être autorisée à se décharger complètement dans les airs car l'énergie est nécessaire pour rester dans les airs et atterrir. Il doit toujours y avoir une marge de sécurité dans une batterie de voiture volante.
Lorsqu'une batterie est vide, la résistance interne à la charge est faible, mais plus la charge restante est élevée, plus il est difficile d'injecter plus d'énergie dans la batterie. En règle générale, la recharge ralentit au fur et à mesure que la batterie se remplit. Cependant, en chauffant la batterie, la recharge peut rester dans la plage de cinq à dix minutes.
"J'espère que le travail que nous avons fait dans ce document donnera aux gens une idée solide que nous n'avons pas besoin de 20 ans supplémentaires pour enfin obtenir ces véhicules", a déclaré Wang. « Je crois que nous avons démontré que le eVTOL est commercialement viable.