Jetpacks, filles robots et voitures volantes étaient les promesses du 21e siècle. Au lieu de cela, nous avons obtenu des aspirateurs mécanisés autonomes. Aujourd'hui, une équipe de chercheurs de Penn State étudie les exigences relatives aux véhicules électriques à décollage et atterrissage verticaux (eVTOL) et développe et teste également les sources potentielles d'alimentation par batterie. "Je crois que les voitures volantes ont le potentiel de faire gagner beaucoup de temps, 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, Penn State.
Les véhicules électriques à décollage et atterrissage vertical constituent actuellement une technologie très sophistiquée pour les batteries. Les chercheurs ont défini les exigences techniques des batteries de voitures volantes et rapportent aujourd'hui (7 juin) dans Joule un prototype de batterie. "Une densité énergétique élevée est nécessaire pour qu'elle puisse rester dans l'air", explique Wang. "Et il faut également qu'il soit capable d'une puissance élevée pour le décollage et l'atterrissage, car il faut beaucoup de force pour soulever et abaisser le véhicule verticalement". Wang a souligné que les batteries doivent également être rechargées rapidement afin de générer des revenus élevés pendant les heures de pointe. Il voit que ces véhicules doivent décoller et atterrir fréquemment et se recharger rapidement. "Il faudrait 15 voyages, deux fois par jour pendant les heures de pointe, pour justifier le coût des véhicules", a déclaré Wang. Le premier déploiement se fera probablement d'une ville à un aéroport pouvant transporter trois à quatre personnes sur environ 80 kilomètres.
Le poids joue également un rôle important dans ces batteries, car le véhicule doit soulever et atterrir ces sources d'énergie lourdes et encombrantes. Une fois l'eVTOL démarré, la vitesse moyenne serait de 100 milles par heure pour les trajets plus courts et de 200 milles par heure pour les trajets plus longs. Les batteries eVTOL doivent être chargées rapidement. Ces batteries pourraient supporter plus de 2 000 cycles de charge rapide au cours de leur durée de vie. Pour y parvenir, l’équipe a profité de la technologie sur laquelle elle travaillait pour les batteries des véhicules électriques. La clé d’une charge rapide est de réchauffer la batterie pour lui permettre de se charger rapidement sans formation de pics de lithium, qui peuvent endommager la batterie et sont dangereux pour la santé de la batterie. Mais il s’avère que chauffer la batterie draine également assez rapidement l’énergie qu’elle contient.
Les chercheurs chauffent les batteries en incorporant une feuille de nickel qui élève rapidement la température de la batterie à 140 degrés Fahrenheit. "Dans des circonstances normales, les trois propriétés requises d'une batterie eVTOL sont contraires les unes aux autres", a déclaré Wang. Une densité énergétique élevée réduit la charge rapide, et la charge rapide réduit généralement les cycles de charge possibles, mais nous pouvons désormais réaliser les trois dans une seule batterie.
