Jet packs, empregadas robô e carros voadores eram promessas para o século 21. Em vez disso, adquirimos aspiradores de pó autônomos e mecanizados. Agora, uma equipe de pesquisadores da Penn State está explorando os requisitos para veículos elétricos de decolagem e pouso vertical (eVTOL) e projetando e testando fontes de energia de bateria em potencial.
“Acho que os carros voadores têm o potencial de eliminar muito tempo e aumentar a produtividade e abrir os corredores aéreos para o transporte”, diretor do Centro de Motores Eletroquímicos da Penn State. “Mas os veículos elétricos de decolagem e pouso verticais são muito desafiadores tecnologia para as baterias.
“Baterias para carros voadores precisam de densidade de energia muito alta para que você possa permanecer no ar”, disse Wang. “E eles também precisam de muita potência durante a decolagem e a aterrissagem. Requer muita energia para subir e descer verticalmente. ”
Wang observa que as baterias também precisarão ser recarregadas rapidamente para que possa haver alta receita durante o horário de pico. Ele vê esses veículos tendo decolagens e pousos frequentes e recarregando rápida e frequentemente.
“Comercialmente, eu esperaria que esses veículos fizessem 15 viagens, duas vezes por dia durante a hora do rush para justificar o custo dos veículos”, disse Wang. “O primeiro uso provavelmente será de uma cidade para um aeroporto transportando três a quatro pessoas por cerca de 50 milhas.”
O peso também deve ser levado em consideração para essas baterias, pois o veículo terá que levantá-las e pousá-las. Assim que o eVTOL decolar, em viagens curtas, a velocidade média seria de 100 milhas por hora e viagens longas seriam em média de 200 milhas por hora, de acordo com Wang.
Os pesquisadores testaram experimentalmente duas baterias de íon-lítio com alta densidade de energia que podem recarregar com energia suficiente para uma viagem eVTOL de 50 milhas em cinco a dez minutos. Essas baterias podem sustentar mais de 2,000 cargas rápidas durante sua vida útil.
Wang e sua equipe usaram a tecnologia na qual vêm trabalhando para baterias de veículos elétricos. O segredo é aquecer a bateria para permitir um carregamento rápido sem a formação de pontas de lítio que danificam a bateria e são perigosas. Acontece que o aquecimento da bateria também permite uma descarga rápida da energia retida na bateria para permitir decolagens e pousos.
Os pesquisadores aquecem as baterias incorporando uma folha de níquel que leva a bateria rapidamente a 140 graus Fahrenheit.
“Em circunstâncias normais, os três atributos necessários para uma bateria eVTOL funcionam uns contra os outros”, disse Wang. “A alta densidade de energia reduz o carregamento rápido e o carregamento rápido geralmente reduz o número de ciclos de recarga possíveis. Mas somos capazes de fazer todos os três em uma única bateria. ”
Um aspecto totalmente único dos carros voadores é que as baterias devem sempre reter alguma carga. Ao contrário das baterias de celulares, por exemplo, que funcionam melhor se totalmente descarregadas e recarregadas, uma bateria de carro voador nunca pode descarregar completamente no ar porque a energia é necessária para permanecer no ar e pousar. Sempre é preciso haver uma margem de segurança na bateria de um carro voador.
Quando a bateria está vazia, a resistência interna ao carregamento é baixa, mas quanto maior a carga restante, mais difícil é injetar mais energia na bateria. Normalmente, a recarga fica mais lenta à medida que a bateria é carregada. No entanto, ao aquecer a bateria, a recarga pode permanecer na faixa de cinco a dez minutos.
“Espero que o trabalho que realizamos neste documento dê às pessoas uma ideia sólida de que não precisamos de mais 20 anos para finalmente conseguir esses veículos”, disse Wang. “Acredito que demonstramos que o eVTOL é comercialmente viável. ”