673886040@qq.com
Инновационная технология аккумуляторов открывает горизонты летающих автомобилей
Реактивные ранцы, горничные-роботы и летающие автомобили - все это было обещанием 21 века. Вместо этого мы получили механизированные автономные пылесосы. Сейчас группа исследователей из Пенсильвании изучает требования к электромобилям с вертикальным взлетом и посадкой (eVTOL), а также проектирует и тестирует потенциальные источники питания от батарей.
«Я думаю, что летающие автомобили могут сократить много времени и повысить производительность, а также открыть небесные коридоры для транспорта», - сказал Чао-Ян Ван, заведующий кафедрой машиностроения Уильяма Э. Дифендера и директор Центра электрохимических двигателей. , Штат Пенсильвания. «Но электрические аппараты вертикального взлета и посадки - очень сложная технология для аккумуляторов».
Исследователи определили технические требования к батареям летающих автомобилей и сообщат о прототипе батареи 7 июня 2021 года в Джоуля.
«Батареи для летающих автомобилей требуют очень высокой плотности энергии, чтобы вы могли оставаться в воздухе», - сказал Ван. «И им также нужна очень высокая мощность при взлете и посадке. Чтобы двигаться вертикально вверх и вниз, требуется много энергии ».
Ван отмечает, что аккумуляторы также необходимо будет быстро перезаряжать, чтобы в часы пик можно было получить высокий доход. Он видит, что у этих машин частые взлеты и посадки и они быстро и часто перезаряжаются.
«С коммерческой точки зрения я ожидаю, что эти автомобили будут совершать 15 поездок, дважды в день в час пик, чтобы оправдать их стоимость», - сказал Ван. «Первое использование, вероятно, будет из города в аэропорт, в котором будут перевозиться от трех до четырех человек на расстояние около 50 миль».
Для этих аккумуляторов также важен вес, так как транспортному средству придется поднимать и опускать аккумуляторы. По словам Ванга, после запуска eVTOL в коротких поездках средняя скорость будет 100 миль в час, а в длительных - 200 миль в час.
Исследователи экспериментально протестировали две энергоемкие литий-ионные батареи, которые могут заряжаться с достаточной энергией для поездки на eVTOL на расстояние 50 миль за пять-десять минут. Эти батареи могут выдержать более 2000 быстрых зарядов в течение своего срока службы.
Ван и его команда использовали технологию, над которой они работали, для аккумуляторов электромобилей. Главное - нагреть аккумулятор, чтобы обеспечить быструю зарядку без образования шипов лития, которые могут повредить аккумулятор и быть опасными. Оказывается, нагрев батареи также позволяет быстро разряжать энергию, хранящуюся в батарее, чтобы обеспечить взлет и посадку.
Исследователи нагревают батареи с помощью никелевой фольги, которая быстро нагревает батарею до 140 градусов по Фаренгейту.
«В нормальных условиях три атрибута, необходимые для батареи eVTOL, работают друг против друга», - сказал Ван. «Высокая плотность энергии снижает быструю зарядку, а быстрая зарядка обычно сокращает количество возможных циклов перезарядки. Но мы можем сделать все три в одной батарее ».
Совершенно уникальным аспектом летающих автомобилей является то, что батареи всегда должны сохранять некоторый заряд. В отличие, например, от аккумуляторов мобильных телефонов, которые лучше всего работают, если они полностью разряжены и перезаряжены, аккумулятор летающей машины никогда не может полностью разрядиться в воздухе, потому что энергия необходима, чтобы оставаться в воздухе и приземляться. В аккумуляторе летающего автомобиля всегда должен быть запас прочности.
Когда батарея разряжена, внутреннее сопротивление зарядке низкое, но чем выше оставшийся заряд, тем труднее передать больше энергии в батарею. Обычно зарядка замедляется по мере заполнения батареи. Однако при нагревании аккумулятора время подзарядки может составлять от пяти до десяти минут.
«Я надеюсь, что работа, которую мы проделали в этой статье, даст людям твердое представление о том, что нам не нужно еще 20 лет, чтобы наконец получить эти автомобили», - сказал Ван. «Я считаю, что мы продемонстрировали коммерческую жизнеспособность eVTOL».
Ссылка: «Проблемы и ключевые требования к аккумуляторным батареям для электрических самолетов с вертикальным взлетом и посадкой» Сяо-Гуан Ян, Тэн Лю, Шанхай Ге, Эрик Рунтри и Чао-Ян Ван, 7 июня 2021 г., Джоуль.
DOI: 10.1016 / дж.джоуль.2021.05.001
Также над этим проектом работали Сяо-Гуан Ян и Шанхай Ге, оба доцента-исследователя в области машиностроения, и Дэн Лю, докторант в области машиностроения, все из Penn State; и Эрик Раундтри, EC Power, Государственный колледж, Пенсильвания.
Это исследование профинансировали Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США, Программа передачи технологий для малого бизнеса ВВС США и Фонд Уильяма Дифендерфера.
