Des batteries innovantes mettent les voitures volantes à l’horizon

Des batteries innovantes mettent les voitures volantes à l'horizon

La révolution des véhicules électriques automobiles ouvre la voie à la mobilité aérienne urbaine, mais il ne faut pas être naïf en pensant que les batteries des véhicules électriques suffiront pour le vol électrique. Les exigences de charge rapide, 30 fois plus de débit énergétique et 3 fois les besoins en énergie exigent une nouvelle génération de batterie. Crédit : Eric Rountree, EC Power

Les jet packs, les robots servantes et les voitures volantes étaient autant de promesses pour le 21e siècle. À la place, nous avons eu des aspirateurs mécanisés et autonomes. À présent, une équipe de chercheurs de Penn State explore les exigences des véhicules électriques à décollage et atterrissage verticaux (eVTOL) et conçoit et teste des sources d’alimentation potentielles par batterie.

« Je pense que les voitures volantes ont le potentiel d’éliminer beaucoup de temps et d’augmenter la productivité et d’ouvrir les couloirs du ciel au transport », a déclaré Chao-Yang Wang, titulaire de la chaire William E. Diefender de génie mécanique et directeur du Centre des moteurs électrochimiques. , État de Pennsylvanie. « Mais les véhicules électriques à décollage et atterrissage verticaux sont une technologie très difficile pour les batteries. »

Les chercheurs définissent les exigences techniques pour les batteries de voitures volantes et présentent aujourd’hui un prototype de batterie en Joule.

« Les batteries des voitures volantes ont besoin d’une densité d’énergie très élevée pour que vous puissiez rester en l’air », a déclaré Wang. « Et ils ont également besoin d’une puissance très élevée pendant le décollage et l’atterrissage. Il faut beaucoup de puissance pour monter et descendre verticalement. »

Wang note que les batteries devront également être rechargées rapidement afin qu’il puisse y avoir des revenus élevés pendant les heures de pointe. Il voit ces véhicules effectuer des décollages et des atterrissages fréquents et se recharger rapidement et souvent.

« Commercialement, je m’attendrais à ce que ces véhicules fassent 15 voyages, deux fois par jour aux heures de pointe pour justifier le coût des véhicules », a déclaré Wang. « La première utilisation sera probablement d’une ville à un aéroport transportant trois à quatre personnes à environ 50 miles. »

Le poids est également un facteur à prendre en compte pour ces batteries, car le véhicule devra soulever et atterrir les batteries. Une fois que l’eVTOL a décollé, sur les courts trajets, la vitesse moyenne serait de 100 milles à l’heure et les longs trajets seraient en moyenne de 200 milles à l’heure, selon Wang.

Les chercheurs ont testé expérimentalement deux batteries lithium-ion à forte densité énergétique qui peuvent se recharger avec suffisamment d’énergie pour un trajet eVTOL de 80 km en cinq à dix minutes. Ces batteries pourraient supporter plus de 2 000 charges rapides au cours de leur durée de vie.

Wang et son équipe ont utilisé la technologie sur laquelle ils travaillent pour les batteries de véhicules électriques. La clé est de chauffer la batterie pour permettre une charge rapide sans formation de pointes de lithium qui endommagent la batterie et sont dangereuses. Il s’avère que le chauffage de la batterie permet également une décharge rapide de l’énergie contenue dans la batterie pour permettre les décollages et atterrissages.

Les chercheurs chauffent les batteries en incorporant une feuille de nickel qui amène rapidement la batterie à 140 degrés Fahrenheit.

« Dans des circonstances normales, les trois attributs nécessaires à une batterie eVTOL fonctionnent les uns contre les autres », a déclaré Wang. « La haute densité d’énergie réduit la charge rapide et la charge rapide réduit généralement le nombre de cycles de recharge possibles. Mais nous sommes capables de faire les trois avec une seule batterie. »

Un aspect tout à fait unique des voitures volantes est que les batteries doivent toujours conserver une certaine charge. Contrairement aux batteries de téléphones portables, par exemple, qui fonctionnent mieux si elles sont complètement déchargées et rechargées, une batterie de voiture volante ne peut jamais se décharger complètement dans les airs car l’énergie est nécessaire pour rester dans les airs et atterrir. Il doit toujours y avoir une marge de sécurité dans une batterie de voiture volante.

Lorsqu’une batterie est vide, la résistance interne à la charge est faible, mais plus la charge restante est élevée, plus il est difficile d’injecter plus d’énergie dans la batterie. En règle générale, la recharge ralentit au fur et à mesure que la batterie se remplit. Cependant, en chauffant la batterie, la recharge peut rester dans la plage de cinq à dix minutes.

« J’espère que le travail que nous avons fait dans ce document donnera aux gens une idée solide que nous n’avons pas besoin de 20 ans supplémentaires pour enfin obtenir ces véhicules », a déclaré Wang. « Je crois que nous avons démontré que l’eVTOL est commercialement viable. »


La batterie peu coûteuse se charge rapidement pour les véhicules électriques, réduit l’anxiété liée à l’autonomie


Informations sur la revue :
Joule

Fourni par l’Université d’État de Pennsylvanie

Citation: Les batteries innovantes mettent les voitures volantes à l’horizon (2021, 7 juin) récupéré le 7 juin 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-06-batteries-cars-horizon.html

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