"Я думаю, что у летающих автомобилей есть потенциал сократить массу времени, повысить производительность и открыть воздушные коридоры для транспорта", - сказал Чао-Ян Ван, обладатель кафедры машиностроения имени Уильяма Э. Дифендера и директор Центра электрохимических двигателей штата Пенсильвания. "Но электрические аппараты вертикального взлета и посадки - это очень сложная технология для аккумуляторов".

Исследователи определяют технические требования к аккумуляторам для летающих автомобилей и сообщают о прототипе батареи сегодня (7 июня) в Джоуле.

"Аккумуляторам для летающих автомобилей нужна очень высокая плотность энергии, чтобы вы могли оставаться в воздухе", - сказал Ван. "И им также требуется очень высокая мощность во время взлета и посадки. Требуется много энергии, чтобы двигаться вертикально вверх и вниз".

Ван отмечает, что аккумуляторы также необходимо будет быстро перезаряжать, чтобы обеспечить высокий доход в часы пик. Он видит, что эти транспортные средства совершают частые взлеты и посадки и быстро и часто перезаряжаются.

"С коммерческой точки зрения я бы ожидал, что эти транспортные средства совершат 15 поездок дважды в день в час пик, чтобы оправдать стоимость транспортных средств", - сказал Ван. "Первое использование, вероятно, будет осуществляться из города в аэропорт, перевозящий трех-четырех человек примерно за 50 миль".

Вес этих батарей также учитывается, поскольку транспортному средству придется поднимать и опускать батареи. По словам Вана, как только eVTOL взлетит, в коротких поездках средняя скорость составит 100 миль в час, а в длительных поездках - в среднем 200 миль в час.

Исследователи экспериментально протестировали две энергозатратные литий-ионные батареи, которые могут заряжаться энергией, достаточной для 50-мильной поездки eVTOL за пять-десять минут. Эти батареи могут выдерживать более 2000 быстрых зарядов в течение всего срока службы.

Ван и его команда использовали технологию, над которой они работали для аккумуляторов электромобилей. Главное - нагреть аккумулятор, чтобы обеспечить быструю зарядку без образования литиевых разрядов, которые повреждают аккумулятор и представляют опасность. Оказывается, нагрев батареи также позволяет быстро разряжать энергию, содержащуюся в батарее, для обеспечения взлетов и посадок.

Исследователи нагревают батареи, используя никелевую фольгу, которая быстро нагревает батарею до 140 градусов по Фаренгейту.

"При нормальных обстоятельствах три атрибута, необходимые для батареи eVTOL, работают друг против друга", - сказал Ван. "Высокая плотность энергии снижает скорость зарядки, а быстрая зарядка обычно уменьшает количество возможных циклов перезарядки. Но мы можем сделать все три в одной батарее".

Одним из совершенно уникальных аспектов летающих автомобилей является то, что аккумуляторы всегда должны сохранять некоторый заряд. В отличие, например, от аккумуляторов мобильных телефонов, которые лучше всего работают при полной разрядке и подзарядке, аккумулятору летающего автомобиля никогда нельзя позволить полностью разрядиться в воздухе, потому что энергия необходима для того, чтобы оставаться в воздухе и приземляться. В летающем автомобильном аккумуляторе всегда должен быть запас прочности.

Когда батарея разряжена, внутреннее сопротивление зарядке невелико, но чем выше оставшийся заряд, тем труднее закачать в батарею больше энергии. Как правило, зарядка замедляется по мере заполнения аккумулятора. Однако при нагревании аккумулятора подзарядка может длиться от пяти до десяти минут.

"Я надеюсь, что работа, которую мы проделали в этой статье, даст людям твердое представление о том, что нам не нужно еще 20 лет, чтобы наконец получить эти транспортные средства", - сказал Ван. "Я считаю, что мы продемонстрировали, что eVTOL коммерчески жизнеспособен".

Также над этим проектом работали Сяо-Гуан Ян и Шаньхай Гэ, оба ассистенты профессора-исследователя в области машиностроения, и Тен Лю, докторант в области машиностроения, все в Пенсильванском государственном университете; и Эрик Раундтри, EC Power, Государственный колледж, Пенсильвания.

Это исследование финансировалось Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США, программой передачи технологий малому бизнесу ВВС США и Фондом Уильяма Э. Дифендерфера.