Oprettelse af batterier til at drive flyrejser

Forskere ved Ohio State University Center for Automotive Research har skabt nye computermodeller til at forudsige levetiden og ydeevnen af ​​batterier, der kan drive nogle passagerfly – et skridt fremad for renere, mere effektive flyrejser.

Modellerne viser, at tilføjelse af lithium-ion-batterier til et regionalt fly kan reducere dette flys brændstofbehov med op til 20 procent, sagde forskerne.

Holdet præsenterede resultaterne i sidste uge på American Institute of Aeronautics and Astronautics Electric Aircraft Technologies Symposium i Indianapolis.

"Vi arbejder på måder at gøre flyrejser mindre CO2-intensive, " sagde Marcello Canova, en medoplægsholder og lektor i mekanisk og rumfartsteknik ved Ohio State. "Lithium-ion batterier, herunder den teknologi, der er kommercielt tilgængelig i dag, synes at være en lovende mulighed."

Forskningen udføres under NASAs University Leadership Initiative-program, og fokuserer på at evaluere afvejningen mellem brændstofbesparelser og en batteripakkes størrelse, vægt og omkostninger, mens den også inkluderer kulstofpåvirkningen af ​​den elektricitet, der er nødvendig for at genoplade batteripakken. De udviklede modeller og værktøjer var en fælles indsats mellem forskere ved Ohio State og Georgia Institute of Technology, og kunne hjælpe fly- og flybatteridesignere til bedre at forstå, hvordan et flys design påvirker dets evne til at blive drevet af et batteri.

I foreløbige designs, forskerne fokuserede på lithium-ion batteripakker, der kunne supplere den kraft, der produceres af motorerne i et regionalt jetfly - en, der rejser 600 eller færre miles, fra 50 til 100 passagerer.

Deres model viste i test, at et batteri har evnen til at forsyne omkring 30 procent af den samlede strøm, der kræves for, at et fly kan klatre til marchhøjde, og omkring 20 procent af den kraft, der kræves for at cruise.

Det kan reducere niveauet af kuldioxid - en primær drivkraft for klimaændringer - som fly bidrager til atmosfæren. Flyrejser bidrager med omkring 2 procent af den kuldioxid, som mennesker tilføres jordens atmosfære, ifølge Air Transit Action Group. Dette forskerhold, ledet af Ohio State og fire andre universiteter, er blevet finansieret af NASA for at finde nye, mindre CO2-intensive måder at drive flyrejser på.

"Vores team fokuserer på at evaluere gennemførligheden og økonomien ved at introducere lithium-ion-batterier til flyrejser, " sagde Canova. "Og vi arbejder på måder at gøre det sikkert og pålideligt."

Deres arbejde overvejer også, hvordan man kan gøre batterier til flyrejser mere effektive. Batterier, der driver biler, adskiller sig fra dem, der hjælper med at drive fly, Canova sagde:Flybatterier skal overholde mere streng vægt, sikkerhed, standarder for holdbarhed og pålidelighed.

Men batterier forringes ved brug, giver mindre strøm over tid og reducerer den rækkevidde, et fly kan rejse. Denne forringelse betyder også, at mindre strøm er tilgængelig for at hjælpe et fly med at accelerere og nå sin maksimale hastighed. Temperaturen påvirker batterierne, såvel.

For at lægge grunden til et bedre batteri, Canova sagde, holdet byggede en computermodel af en elektrotermisk batteripakke og tilføjede en algoritme, der simulerede virkningerne af tid og brug på batterier. Derefter testede de for at se, hvordan modellen klarede sig efter gentagen brug og under forskellige temperaturer.

Holdet planlagde, at batteriet skulle bruges til seks flyvninger om dagen, og beregnet den nødvendige kraft til start, klatring, krydstogt, landing og taxa til landingsbanen. De afsatte en time mellem flyvningerne til at oplade batteripakken, og antog, at pakken kunne bruges i to år, 24 timer i døgnet, syv dage om ugen.

De fandt ud af, at en batteripakkes ydeevne er begrænset af kapacitetsfade, et udtryk, der bruges til at beskrive energitab i et batteri over tid. Og de fandt den tid, ikke bruge, er hovedårsagen til batteriforringelse.

Hvad de udviklede, Canova sagde, er i bund og grund et værktøj, der kan bruges til at forudsige, hvilken effekt stressfaktorer såsom aldring og brug kan have på et lithium-ion-batteri, der driver et regionalt fly, hvilket er en meget vigtig faktor, når man skal vurdere omkostninger og fordele ved at indføre denne teknologi i flyrejser.