เจ็ทแพ็ค หุ่นยนต์สาวใช้ และรถบินได้ ล้วนเป็นคำสัญญาสำหรับศตวรรษที่ 21 เราใช้เครื่องดูดฝุ่นแบบกลไกอัตโนมัติแทน ขณะนี้ทีมนักวิจัยของ Penn State กำลังสำรวจข้อกำหนดสำหรับยานพาหนะที่บินขึ้นและลงจอดในแนวตั้ง (eVTOL) และออกแบบและทดสอบแหล่งพลังงานแบตเตอรี่ที่อาจเกิดขึ้น
“ผมคิดว่ารถที่บินได้มีศักยภาพในการประหยัดเวลาได้มากและเพิ่มผลผลิต และเปิดทางเดินลอยฟ้าสู่การขนส่ง” ผู้อำนวยการศูนย์เครื่องยนต์เคมีไฟฟ้า รัฐเพนน์สเตต “แต่ยานพาหนะที่ขึ้นลงและลงจอดในแนวดิ่งด้วยไฟฟ้านั้นท้าทายมาก เทคโนโลยี สำหรับแบตเตอรี่”
“แบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ที่บินได้ต้องการความหนาแน่นของพลังงานที่สูงมาก เพื่อให้คุณอยู่ในอากาศได้” หวางกล่าว “และพวกเขายังต้องการกำลังที่สูงมากในระหว่างการบินขึ้นและลงจอด ต้องใช้กำลังมากในการขึ้นและลงในแนวตั้ง”
Wang ตั้งข้อสังเกตว่าแบตเตอรี่จะต้องได้รับการชาร์จอย่างรวดเร็วด้วย เพื่อให้สามารถมีรายได้สูงในช่วงชั่วโมงเร่งด่วน เขาเห็นยานพาหนะเหล่านี้มีการขึ้นและลงบ่อยครั้งและชาร์จอย่างรวดเร็วและบ่อยครั้ง
“ในเชิงพาณิชย์ ฉันคาดหวังว่ายานพาหนะเหล่านี้จะเดินทาง 15 เที่ยว วันละสองครั้งในช่วงชั่วโมงเร่งด่วนเพื่อปรับราคาให้เหมาะสม” หวังกล่าว “การใช้งานครั้งแรกอาจจะมาจากเมืองหนึ่งไปยังอีกสนามบินหนึ่งซึ่งมีผู้โดยสารสามถึงสี่คนประมาณ 50 ไมล์”
น้ำหนักยังเป็นข้อพิจารณาสำหรับแบตเตอรี่เหล่านี้เนื่องจากรถจะต้องยกและลงจอดแบตเตอรี่ เมื่อ eVTOL เริ่มขึ้น ในการเดินทางระยะสั้น ความเร็วเฉลี่ยจะอยู่ที่ 100 ไมล์ต่อชั่วโมง และการเดินทางไกลจะเฉลี่ย 200 ไมล์ต่อชั่วโมง ตามข้อมูลของ Wang
นักวิจัยได้ทดลองทำการทดสอบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีพลังงานหนาแน่น 50 ก้อน ซึ่งสามารถชาร์จใหม่ได้โดยมีพลังงานเพียงพอสำหรับการเดินทางด้วย eVTOL ระยะทาง 2,000 ไมล์ภายใน XNUMX-XNUMX นาที แบตเตอรี่เหล่านี้สามารถชาร์จได้เร็วกว่า XNUMX ครั้งตลอดอายุการใช้งาน
หวางและทีมของเขาใช้เทคโนโลยีที่พวกเขากำลังพัฒนาสำหรับแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า กุญแจสำคัญคือการทำให้แบตเตอรี่ร้อนเพื่อให้สามารถชาร์จได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ก่อให้เกิดลิเธียมแหลมที่ทำให้แบตเตอรี่เสียหายและเป็นอันตราย ปรากฎว่าการทำความร้อนแบตเตอรี่ยังช่วยให้ปล่อยพลังงานในแบตเตอรี่อย่างรวดเร็วเพื่อให้สามารถบินขึ้นและลงจอดได้
นักวิจัยให้ความร้อนแก่แบตเตอรี่ด้วยการใช้ฟอยล์นิกเกิลที่ทำให้แบตเตอรี่ร้อนถึง 140 องศาฟาเรนไฮต์อย่างรวดเร็ว
“ภายใต้สถานการณ์ปกติ คุณลักษณะสามประการที่จำเป็นสำหรับแบตเตอรี่ eVTOL จะทำงานร่วมกันได้” หวางกล่าว “ความหนาแน่นของพลังงานสูงช่วยลดการชาร์จอย่างรวดเร็วและการชาร์จอย่างรวดเร็วมักจะลดจำนวนรอบการชาร์จที่เป็นไปได้ แต่เราสามารถทำทั้งสามอย่างได้ในแบตเตอรี่ก้อนเดียว”
ลักษณะเฉพาะอย่างหนึ่งของรถยนต์บินได้คือแบตเตอรี่จะต้องมีประจุอยู่เสมอ ตัวอย่างเช่น ต่างจากแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือ ซึ่งจะทำงานได้ดีที่สุดหากปล่อยประจุจนเต็มและชาร์จใหม่เต็ม แบตเตอรี่รถยนต์ที่บินได้นั้นไม่สามารถปล่อยในอากาศได้อย่างสมบูรณ์เพราะจำเป็นต้องใช้พลังงานเพื่อให้คงอยู่ในอากาศและลงจอด จำเป็นต้องมีขอบด้านความปลอดภัยในแบตเตอรี่รถยนต์ที่บินได้เสมอ
เมื่อแบตเตอรี่หมด ความต้านทานภายในต่อการชาร์จจะต่ำ แต่ยิ่งประจุที่เหลืออยู่สูงเท่าใด ก็ยิ่งดันพลังงานเข้าไปในแบตเตอรี่ได้ยากขึ้นเท่านั้น โดยปกติ การชาร์จจะช้าลงเมื่อแบตเตอรี่เต็ม อย่างไรก็ตาม โดยการให้ความร้อนแบตเตอรี่ การชาร์จจะยังคงอยู่ในช่วงห้าถึงสิบนาที
“ฉันหวังว่างานที่เราทำในบทความนี้จะทำให้ผู้คนมีความคิดที่ชัดเจนว่าเราไม่ต้องการเวลาอีก 20 ปีเพื่อให้ได้ยานพาหนะเหล่านี้ในที่สุด” หวังกล่าว “ฉันเชื่อว่าเราได้แสดงให้เห็นว่า อีวีทอล เป็นไปได้ในเชิงพาณิชย์”