Jetpacks, Robotermädchen und fliegende Autos waren die Versprechen für das 21. Jahrhundert. Stattdessen haben wir autonome, mechanisierte Staubsauger bekommen. Jetzt untersucht ein Forscherteam der Penn State die Anforderungen an elektrische, vertikal startende und landende Fahrzeuge (eVTOL) und entwickelt und testet auch die potenziellen Batteriestromquellen. „Ich glaube, dass fliegende Autos das Potenzial haben, viel Zeit zu sparen, die Produktivität zu steigern und die Korridore des Himmels für den Transport zu öffnen“, sagte Chao-Yang Wang, Inhaber des William E. Diefender-Lehrstuhls für Maschinenbau und Direktor des Center for Electrochemical Engines der Penn State.
Elektrische Fahrzeuge mit senkrechten Starts und Landungen sind derzeit eine sehr anspruchsvolle Batterietechnologie. Die Forscher haben die technischen Anforderungen an Batterien für fliegende Autos definiert und berichten heute (7. Juni) in Joule über einen Batterieprototyp. „Eine hohe Energiedichte ist erforderlich, damit das Fahrzeug in der Luft bleiben kann“, sagt Wang. „Außerdem muss es eine hohe Leistung für Start und Landung haben, da viel Kraft erforderlich ist, um das Fahrzeug senkrecht anzuheben und abzusenken.“ Wang merkte an, dass die Batterien auch schnell aufgeladen werden müssen, um während der Stoßzeiten hohe Einnahmen zu erzielen. Er sieht, dass diese Fahrzeuge häufig starten und landen und schnell aufgeladen werden müssen. „Um die Kosten der Fahrzeuge zu rechtfertigen, wären 15 Fahrten erforderlich, zweimal täglich während der Stoßzeiten“, sagte Wang. Der erste Einsatz wird wahrscheinlich von einer Stadt zu einem Flughafen erfolgen, der drei bis vier Personen etwa 80 Kilometer weit befördert.
Das Gewicht dieser Batterien spielt ebenfalls eine wichtige Rolle, da das Fahrzeug diese schweren und sperrigen Energiequellen anheben und landen muss. Sobald das eVTOL startet, beträgt die Durchschnittsgeschwindigkeit 100 Meilen pro Stunde für kürzere Fahrten und 200 Meilen pro Stunde für längere Fahrten. eVTOL-Batterien müssen schnell aufgeladen werden. Diese Batterien könnten während ihrer Lebensdauer mehr als 2.000 Schnellladezyklen überstehen. Um dies zu erreichen, nutzte das Team die Technologie, an der es für Batterien von Elektrofahrzeugen arbeitete. Der Schlüssel zum schnellen Laden besteht darin, die Batterie zu erwärmen, damit sie schnell aufgeladen werden kann, ohne dass sich Lithiumspitzen bilden, die die Batterie beschädigen und für die Batteriegesundheit gefährlich sind. Es stellt sich jedoch heraus, dass durch das Erhitzen der Batterie auch die in ihr enthaltene Energie ziemlich schnell entladen wird.
Die Forscher erhitzen die Batterien, indem sie eine Nickelfolie einbauen, die die Batterietemperatur schnell auf 140 Grad Fahrenheit erhöht. „Unter normalen Umständen wirken die drei erforderlichen Eigenschaften einer eVTOL-Batterie gegensätzlich“, sagte Wang. Eine hohe Energiedichte verringert das Schnellladen, und Schnellladen verringert im Allgemeinen die möglichen Ladezyklen, aber wir können jetzt alle drei in einer einzigen Batterie erreichen.
