חבילות סילון, משרתות רובוטים ומכוניות מעופפות היו כל הבטחות למאה ה -21. במקום זאת קיבלנו שואבי אבק ממוכנים ואוטונומיים. כעת צוות חוקרי פן סטייט בוחן את הדרישות לרכבי המראה ונחיתה חשמליים אנכיים (eVTOL) ומתכנן ובודק מקורות כוח פוטנציאליים לסוללה.
"אני חושב שלמכוניות מעופפות יש פוטנציאל לחסל הרבה זמן ולהגדיל את הפרודוקטיביות ולפתוח את מסדרונות השמיים לתחבורה", מנהל מרכז המנועים האלקטרוכימיים, פן סטייט. "אבל רכבי המראה ונחיתה אנכיים חשמליים הם מאתגרים מאוד טֶכנוֹלוֹגִיָה עבור הסוללות."
"סוללות למכוניות מעופפות זקוקות לצפיפות אנרגיה גבוהה מאוד כדי שתוכלו להישאר באוויר," אמר וואנג. "והם זקוקים גם להספק גבוה מאוד במהלך ההמראה והנחיתה. זה דורש הרבה כוח כדי לעבור אנכית מעלה ומטה. "
וואנג מציין כי יש צורך לטעון במהירות גם את הסוללות כדי שיהיו הכנסות גבוהות בשעות העומס. הוא רואה שברכבים אלו יש המראות ונחיתות תכופות ונטענים במהירות ולעתים קרובות.
"מבחינה מסחרית הייתי מצפה מכלי רכב אלה לבצע 15 נסיעות, פעמיים ביום בשעות העומס כדי להצדיק את עלות הרכבים," אמר וואנג. "השימוש הראשון יהיה ככל הנראה מעיר לשדה תעופה הנושא שלושה עד ארבעה אנשים בערך 50 מייל."
משקל הוא גם שיקול עבור מצברים אלו מכיוון שהרכב יצטרך להרים ולהנחית את המצברים. ברגע שה- eVTOL ממריא, בנסיעות קצרות המהירות הממוצעת תהיה 100 מייל לשעה ונסיעות ארוכות היו ממוצעות 200 מייל לשעה, על פי וואנג.
החוקרים בדקו בניסוי שתי סוללות ליתיום-יון צפופות באנרגיה שיכולות להיטען עם מספיק אנרגיה לנסיעה של 50 מייל eVTOL תוך חמש עד עשר דקות. סוללות אלה יכולות לסבול יותר מ -2,000 טעינות מהירות לאורך חייהן.
וואנג וצוותו השתמשו בטכנולוגיה שעליה עבדו לסוללות רכב חשמלי. המפתח הוא חימום הסוללה כדי לאפשר טעינה מהירה ללא היווצרות קוצי ליתיום הפוגעים בסוללה ומסוכנים. מתברר שחימום הסוללה מאפשר גם פריקה מהירה של האנרגיה המוחזקת בסוללה כדי לאפשר המראות ונחיתות.
החוקרים מחממים את הסוללות על ידי שילוב נייר כסף שמביא את הסוללה במהירות ל -140 מעלות פרנהייט.
"בנסיבות רגילות, שלוש התכונות הדרושות לסוללת eVTOL פועלות זו נגד זו," אמר וואנג. "צפיפות אנרגיה גבוהה מפחיתה טעינה מהירה וטעינה מהירה מפחיתה בדרך כלל את מספר מחזורי הטעינה האפשריים. אבל אנחנו מסוגלים לעשות את שלושתם בסוללה אחת. "
היבט ייחודי לחלוטין של מכוניות מעופפות הוא שהסוללות חייבות לשמור תמיד על טעינה כלשהי. שלא כמו סוללות לטלפונים סלולריים, למשל, העובדות בצורה הטובה ביותר אם הן משוחררות ומטענות לחלוטין, לעולם לא ניתן לאפשר לסוללת מכונית מעופפת להתפרק לחלוטין באוויר מכיוון שיש צורך בכוח כדי להישאר באוויר ולנחות. תמיד צריך להיות שולי בטיחות במצבר רכב מעופף.
כאשר סוללה ריקה, ההתנגדות הפנימית לטעינה נמוכה, אך ככל שהטעינה שנותרה גבוהה יותר, כך קשה יותר לדחוף יותר אנרגיה לסוללה. בדרך כלל, הטעינה מאטה ככל שהסוללה מתמלאת. עם זאת, על ידי חימום הסוללה, הטעינה יכולה להישאר בטווח של חמש עד עשר דקות.
"אני מקווה שהעבודה שביצענו במאמר זה תתן לאנשים מושג יציב שאיננו צריכים עוד 20 שנה בכדי להשיג את הרכבים האלה סוף סוף", אמר וואנג. "אני מאמין שהוכחנו שה- eVTOL משתלם מסחרית. "