Jet pack, cameriere robot e macchine volanti erano tutte promesse per il 21° secolo. Abbiamo invece degli aspirapolvere meccanizzati e autonomi. Ora un team di ricercatori della Penn State sta esplorando i requisiti per i veicoli elettrici a decollo e atterraggio verticale (eVTOL) e sta progettando e testando potenziali fonti di alimentazione a batteria.
"Penso che le auto volanti abbiano il potenziale per eliminare molto tempo, aumentare la produttività e aprire i corridoi del cielo ai trasporti", ha affermato il direttore dell'Electrochemical Engine Center, Penn State. “Ma i veicoli elettrici a decollo e atterraggio verticale sono molto impegnativi la tecnologia per le batterie."
"Le batterie per le auto volanti richiedono una densità di energia molto elevata in modo da poter rimanere in aria", ha affermato Wang. “E hanno anche bisogno di una potenza molto elevata durante il decollo e l'atterraggio. Richiede molta potenza per andare su e giù verticalmente.”
Wang osserva che anche le batterie dovranno essere ricaricate rapidamente in modo che ci possano essere entrate elevate durante le ore di punta. Vede questi veicoli che hanno frequenti decolli e atterraggi e si ricaricano rapidamente e spesso.
"Commercialmente, mi aspetterei che questi veicoli effettuino 15 viaggi, due volte al giorno nelle ore di punta per giustificare il costo dei veicoli", ha affermato Wang. "Il primo utilizzo sarà probabilmente da una città a un aeroporto che trasporta da tre a quattro persone per circa 50 miglia".
Anche il peso è una considerazione per queste batterie poiché il veicolo dovrà sollevare e atterrare le batterie. Una volta che l'eVTOL decolla, nei viaggi brevi la velocità media sarebbe di 100 miglia all'ora e i viaggi lunghi sarebbero in media di 200 miglia all'ora, secondo Wang.
I ricercatori hanno testato sperimentalmente due batterie agli ioni di litio ad alta densità di energia che possono ricaricarsi con energia sufficiente per un viaggio eVTOL di 50 miglia in cinque-dieci minuti. Queste batterie potrebbero sostenere più di 2,000 ricariche rapide nel corso della loro vita.
Wang e il suo team hanno utilizzato la tecnologia su cui stanno lavorando per le batterie dei veicoli elettrici. L'importante è riscaldare la batteria per consentire una ricarica rapida senza la formazione di picchi di litio che danneggiano la batteria e sono pericolosi. Si scopre che il riscaldamento della batteria consente anche una rapida scarica dell'energia contenuta nella batteria per consentire decolli e atterraggi.
I ricercatori riscaldano le batterie incorporando un foglio di nichel che porta rapidamente la batteria a 140 gradi Fahrenheit.
"In circostanze normali, i tre attributi necessari per una batteria eVTOL lavorano l'uno contro l'altro", ha affermato Wang. “L'elevata densità di energia riduce la ricarica rapida e la ricarica rapida di solito riduce il numero di possibili cicli di ricarica. Ma siamo in grado di fare tutti e tre con un'unica batteria”.
Un aspetto del tutto unico delle auto volanti è che le batterie devono sempre mantenere una certa carica. A differenza delle batterie dei cellulari, ad esempio, che funzionano meglio se completamente scaricate e ricaricate, una batteria per auto volante non può mai scaricarsi completamente in aria perché l'energia è necessaria per rimanere in aria e atterrare. Ci deve sempre essere un margine di sicurezza in una batteria per auto volante.
Quando una batteria è scarica, la resistenza interna alla carica è bassa, ma maggiore è la carica residua, più difficile è spingere più energia nella batteria. In genere, la ricarica rallenta man mano che la batteria si riempie. Tuttavia, riscaldando la batteria, la ricarica può rimanere nell'intervallo da cinque a dieci minuti.
"Spero che il lavoro che abbiamo svolto in questo documento dia alla gente una solida idea che non abbiamo bisogno di altri 20 anni per ottenere finalmente questi veicoli", ha affermato Wang. “Credo che abbiamo dimostrato che il eVTOL è commercialmente redditizio”.