创新电池让飞行汽车问世

2021-07-09 17:05:16
导读 喷气背包、机器人女仆和飞行汽车都是 21 世纪的承诺。我们得到了机械化、自主的真空吸尘器。现在,宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员正在

喷气背包、机器人女仆和飞行汽车都是 21 世纪的承诺。我们得到了机械化、自主的真空吸尘器。现在,宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员正在探索对电动垂直起降 (eVTOL) 车辆的要求,并设计和测试潜在的电池电源。

“我认为飞行汽车有可能消除大量时间并提高生产力,并为交通开辟空中走廊,”William E. Diefender 机械工程主席兼电化学发动机中心主任王朝阳说,宾夕法尼亚州立大学。“但是电动垂直起降飞行器对电池来说是一项非常具有挑战性的技术。”

研究人员定义了飞行汽车电池的技术要求,并在焦耳报告了今天的原型电池。

“飞行汽车的电池需要非常高的能量密度,这样你才能留在空中,”王说。“而且它们在起飞和着陆过程中也需要非常大的动力。垂直上下需要很大的动力。”

Wang 指出,电池还需要快速充电,以便在高峰时段获得高收入。他看到这些车辆频繁起飞和着陆,并且经常快速充电。

“在商业上,我希望这些车辆在高峰时段每天行驶 15 趟,以证明车辆的成本是合理的,”王说。“第一次使用可能是从一个城市到一个载有三到四个人的机场,大约 50 英里。”

重量也是这些电池的一个考虑因素,因为车辆必须抬起和降落电池。据王说,一旦 eVTOL 起飞,短途旅行的平均速度将达到每小时 100 英里,长途旅行的平均速度将达到每小时 200 英里。

研究人员通过实验测试了两种能量密集型锂离子电池,它们可以在 5 到 10 分钟内为 50 英里的 eVTOL 行程充电。这些电池在其使用寿命期间可以承受 2,000 多次快速充电。

王和他的团队使用了他们一直致力于电动汽车电池的技术。关键是加热电池以允许快速充电,而不会形成损坏电池且危险的锂尖峰。事实证明,加热电池还可以快速释放电池中的能量,从而实现起飞和着陆。

研究人员通过加入镍箔来加热电池,使电池迅速达到华氏 140 度。

“在正常情况下,eVTOL 电池所需的三个属性相互影响,”王说。“高能量密度减少了快速充电,而快速充电通常会减少可能的充电循环次数。但我们能够在一个电池中完成这三项工作。”

飞行汽车的一个完全独特的方面是电池必须始终保持一定的电量。例如,与手机电池在完全放电和充电时效果最佳的情况不同,飞行汽车电池永远不能在空中完全放电,因为需要电力才能留在空中和着陆。飞行汽车电池总是需要有一个安全边际。

当电池电量耗尽时,充电内阻较低,但剩余电量越高,就越难以将更多能量注入电池。通常,随着电池充满,充电速度会减慢。然而,通过加热电池,充电可以保持在五到十分钟的范围内。

“我希望我们在这篇论文中所做的工作能让人们有一个坚实的想法,即我们不需要再过 20 年才能最终获得这些车辆,”王说。“我相信我们已经证明 eVTOL 在商业上是可行的。”

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