研究人员探索了电动起降车辆的要求

飞行汽车、机器人女仆和喷气背包都是21世纪的承诺^圣但取而代之的是，人们接受了自动、机械化的吸尘器．

现在，一个来自宾州正在调查电动垂直起降（eVTOL）车辆的需求，并开发和测试有前景的电池电源。

我认为飞行汽车有潜力减少大量时间，提高生产力，并为交通开辟天空走廊。但是电动垂直起降飞行器对电池来说是非常具有挑战性的技术．

王朝阳，威廉·E·迪芬德（William E.Diefender）的持有者，宾夕法尼亚州立大学机械工程系主任兼电化学发动机中心主任

研究人员定义了飞行汽车电池的技术要求，并报告了最近在《科学》杂志上发表的原型电池焦耳6月7日日记^th, 2021年。

飞行汽车的电池需要非常高的能量密度，这样你才能在空中停留。它们在起飞和降落时也需要非常高的动力。它需要很大的能量才能垂直上下移动．

王朝阳，威廉·E·迪芬德（William E.Diefender）的持有者，宾夕法尼亚州立大学机械工程系主任兼电化学发动机中心主任

王观察到，电池也需要快速充电，这样才能在高峰时段获得高收入。王表示，这类车辆起飞和降落频繁，充电速度快、频率高。

“从商业角度来说，我预计这些车辆将在高峰时间每天两次行驶15次，以证明车辆的成本合理。第一次使用可能是从一个城市到一个机场，载着三到四个人，大约50英里，”王补充道。

重量是电池需要考虑的另一个因素，因为车辆将需要提升和降落电池。Wang表示，eVTOL起飞后，平均速度为每小时100英里，而长途飞行的平均速度为每小时200英里。

在实验水平上，研究小组测试了一对能量密度高的锂离子电池，这些电池可以在5到10分钟内为50英里的埃夫托尔之旅充电。这种电池在其使用寿命内可以承受2000多次快速充电。

Wang和他的研究小组应用了他们一直致力于电动汽车电池的技术。关键是加热电池以实现快速充电，同时确保不会形成锂尖峰，否则可能会损坏电池并造成危险。但事实证明，加热电池也可以实现快速充电释放电池中的能量，以实现起飞和着陆。

研究人员通过集成镍箔加热电池，使电池快速达到140°F。

在正常情况下，eVTOL电池所需的三个属性是相互冲突的。高能量密度降低了快速充电，而快速充电通常会减少可能的充电循环次数。但我们可以在一个电池里完成这三种功能．

Wang Chao-Yang, William E. Diefender机械工程主席和电化学发动机中心主任，宾夕法尼亚州立大学

飞行汽车的一个特点是，电池应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好不同，飞行汽车电池永远不可能在大气中完全放电，因为在空中和着陆时都需要电力。在飞行汽车电池的情况下，应该始终有一个安全边际。

当电池没电时，内部的充电阻力往往很低，但当剩余电量增加时，就很难向电池注入更多的能量。正常情况下，充电速度会随着电池充满而减慢，但如果电池受热，充电时间可达5至10分钟。

“我希望我们在这篇论文中所做的工作将给人们一个坚实的观念，即我们不需要再花20年才能最终获得这些车辆。我相信我们已经证明eVTOL在商业上是可行的，”王补充道。

这项研究还包括来自宾夕法尼亚州立大学的机械工程助理研究教授杨晓光和葛山海，以及机械工程博士生刘腾；来自宾夕法尼亚州州立学院EC Power的Eric Roundtree。

这项研究得到了美国能源部能源效率和可再生能源办公室、美国空军小企业技术转让计划和威廉·E·迪芬德尔基金会的资助。

期刊参考：

杨，X-G。，等．(2021)电动垂直起降飞机电池的挑战和关键要求。焦耳．doi.org/10.1016/j.joule.2021.05.001．

来源:https://www.psu.edu/