Pek jet, pembantu robot, dan kereta terbang semuanya merupakan janji untuk abad ke-21. Sebagai gantinya, kami mendapat pembersih vakum mekanikal dan autonomi. Kini pasukan penyelidik Penn State sedang mengkaji keperluan untuk kenderaan menegak dan mendarat elektrik (eVTOL) dan merancang dan menguji sumber tenaga bateri yang berpotensi.
"Saya fikir kereta terbang mempunyai potensi untuk menghapuskan banyak masa dan meningkatkan produktiviti dan membuka koridor langit untuk pengangkutan," pengarah Pusat Enjin Elektrokimia, Penn State. “Tetapi kenderaan berlepas dan mendarat menegak elektrik sangat mencabar teknologi untuk bateri.”
"Bateri untuk kereta terbang memerlukan ketumpatan tenaga yang sangat tinggi sehingga anda dapat bertahan di udara," kata Wang. “Dan mereka juga memerlukan kekuatan yang sangat tinggi ketika lepas landas dan mendarat. Ia memerlukan banyak kekuatan untuk naik dan turun secara menegak. "
Wang menyatakan bahawa bateri juga perlu diisi semula dengan cepat sehingga dapat menghasilkan pendapatan yang tinggi pada waktu sibuk. Dia melihat kenderaan ini sering lepas landas dan mendarat dan mengecas dengan cepat dan kerap.
"Secara komersial, saya mengharapkan kenderaan ini dapat melakukan 15 perjalanan, dua kali sehari pada waktu sibuk untuk membenarkan kos kenderaan," kata Wang. "Penggunaan pertama mungkin dari bandar ke lapangan terbang yang membawa tiga hingga empat orang sekitar 50 batu."
Berat juga menjadi pertimbangan bagi bateri ini kerana kenderaan harus mengangkat dan mendarat bateri. Setelah eVTOL lepas landas, dalam perjalanan pendek kecepatan rata-rata adalah 100 batu per jam dan perjalanan panjang rata-rata 200 batu per jam, menurut Wang.
Para penyelidik secara eksperimen menguji dua bateri lithium-ion padat tenaga yang dapat mengisi semula dengan tenaga yang cukup untuk perjalanan eVTOL sejauh 50 batu dalam lima hingga sepuluh minit. Bateri ini dapat menampung lebih dari 2,000 caj cepat sepanjang hayatnya.
Wang dan pasukannya menggunakan teknologi yang mereka kerjakan untuk bateri kenderaan elektrik. Kuncinya adalah memanaskan bateri untuk membolehkan pengecasan cepat tanpa pembentukan lonjakan litium yang merosakkan bateri dan berbahaya. Ternyata pemanasan bateri juga membolehkan pelepasan tenaga yang cepat tersimpan di dalam bateri untuk membolehkan lepas landas dan mendarat.
Para penyelidik memanaskan bateri dengan memasukkan kerajang nikel yang membawa bateri dengan cepat hingga 140 darjah Fahrenheit.
"Dalam keadaan biasa, ketiga atribut yang diperlukan untuk bateri eVTOL saling bertentangan," kata Wang. "Ketumpatan tenaga yang tinggi mengurangkan pengecasan pantas dan pengecasan pantas biasanya mengurangkan bilangan kitaran pengisian semula yang mungkin. Tetapi kami dapat melakukan ketiga-tiganya dalam satu bateri. "
Salah satu aspek yang unik dari kereta terbang ialah bateri mesti sentiasa mengecas. Tidak seperti bateri telefon bimbit, misalnya, yang berfungsi paling baik jika habis sepenuhnya dan dicas semula, bateri kereta terbang tidak boleh dibiarkan habis sepenuhnya di udara kerana daya diperlukan untuk tinggal di udara dan mendarat. Selalu ada margin keselamatan dalam bateri kereta terbang.
Apabila bateri kosong, rintangan dalaman untuk mengecas rendah, tetapi semakin tinggi baki pengisian, semakin sukar untuk mendorong lebih banyak tenaga ke dalam bateri. Lazimnya, pengecasan perlahan semasa bateri mengisi. Namun, dengan memanaskan bateri, pengisian boleh kekal dalam jarak antara lima hingga sepuluh minit.
"Saya berharap bahawa pekerjaan yang telah kita lakukan dalam makalah ini akan memberi orang idea yang kuat bahawa kita tidak memerlukan 20 tahun lagi untuk akhirnya mendapatkan kenderaan ini," kata Wang. "Saya percaya kami telah menunjukkan bahawa eVTOL boleh dilaksanakan secara komersial. "