Paket jet, pelayan robot, dan mobil terbang semuanya menjanjikan untuk abad ke-21. Kami mendapat penyedot debu otomatis dan mekanis sebagai gantinya. Sekarang tim peneliti Penn State sedang mengeksplorasi persyaratan untuk kendaraan lepas landas dan mendarat vertikal listrik (eVTOL) dan merancang dan menguji sumber daya baterai potensial.
“Saya pikir mobil terbang berpotensi menghilangkan banyak waktu dan meningkatkan produktivitas serta membuka koridor langit bagi transportasi,” direktur Electrochemical Engine Center, Penn State. “Tetapi kendaraan lepas landas dan pendaratan vertikal bertenaga listrik sangat menantang teknologi untuk baterainya.”
“Baterai untuk mobil terbang membutuhkan kepadatan energi yang sangat tinggi agar Anda dapat tetap berada di udara,” kata Wang. “Dan mereka juga membutuhkan daya yang sangat tinggi saat lepas landas dan mendarat. Dibutuhkan banyak kekuatan untuk naik dan turun secara vertikal. ”
Wang mencatat bahwa baterai juga perlu diisi ulang dengan cepat sehingga mungkin ada pendapatan tinggi selama jam sibuk. Dia melihat kendaraan-kendaraan ini sering lepas landas dan mendarat dan mengisi ulang dengan cepat dan sering.
“Secara komersial, saya mengharapkan kendaraan ini melakukan 15 perjalanan, dua kali sehari selama jam sibuk untuk membenarkan biaya kendaraan,” kata Wang. "Penggunaan pertama mungkin dari kota ke bandara yang membawa tiga hingga empat orang sekitar 50 mil."
Berat juga menjadi pertimbangan untuk baterai ini karena kendaraan harus mengangkat dan mendaratkan baterai. Setelah eVTOL lepas landas, pada perjalanan singkat kecepatan rata-rata adalah 100 mil per jam dan perjalanan panjang rata-rata 200 mil per jam, menurut Wang.
Para peneliti secara eksperimental menguji dua baterai lithium-ion padat energi yang dapat diisi ulang dengan energi yang cukup untuk perjalanan eVTOL 50 mil dalam lima hingga sepuluh menit. Baterai ini dapat mempertahankan lebih dari 2,000 pengisian cepat selama masa pakainya.
Wang dan timnya menggunakan teknologi yang telah mereka kerjakan untuk baterai kendaraan listrik. Kuncinya adalah memanaskan baterai untuk memungkinkan pengisian cepat tanpa pembentukan lonjakan lithium yang merusak baterai dan berbahaya. Ternyata memanaskan baterai juga memungkinkan pelepasan energi yang tersimpan di baterai dengan cepat untuk memungkinkan lepas landas dan mendarat.
Para peneliti memanaskan baterai dengan memasukkan foil nikel yang membawa baterai dengan cepat hingga 140 derajat Fahrenheit.
"Dalam keadaan normal, tiga atribut yang diperlukan untuk baterai eVTOL bekerja melawan satu sama lain," kata Wang. “Kepadatan energi yang tinggi mengurangi pengisian cepat dan pengisian cepat biasanya mengurangi jumlah kemungkinan siklus pengisian ulang. Tetapi kami dapat melakukan ketiganya dalam satu baterai.”
Salah satu aspek unik dari mobil terbang adalah bahwa baterai harus selalu mempertahankan daya. Tidak seperti baterai ponsel, misalnya, yang bekerja paling baik jika dikosongkan dan diisi ulang sepenuhnya, aki mobil terbang tidak akan pernah dibiarkan kosong sepenuhnya di udara karena daya diperlukan untuk tetap di udara dan mendarat. Selalu perlu ada margin keamanan dalam aki mobil terbang.
Saat baterai kosong, resistansi internal terhadap pengisian daya rendah, tetapi semakin tinggi sisa daya, semakin sulit untuk mendorong lebih banyak energi ke dalam baterai. Biasanya, pengisian ulang melambat saat baterai terisi. Namun, dengan memanaskan baterai, pengisian ulang dapat tetap dalam kisaran lima hingga sepuluh menit.
“Saya berharap pekerjaan yang telah kami lakukan dalam makalah ini akan memberi orang ide yang kuat bahwa kami tidak perlu 20 tahun lagi untuk akhirnya mendapatkan kendaraan ini,” kata Wang. “Saya percaya kami telah menunjukkan bahwa eVTOL layak secara komersial.”