Bay trong giá lạnh: Tình trạng phát triển pin cho các thị trường eVTOL địa lý lạnh hơn
Pin là khía cạnh trung tâm của công nghệ eVTOL và ở nhiều nơi trên thế giới, nơi thời tiết lạnh trong phần lớn thời gian trong năm, công nghệ pin sẽ hoạt động như thế nào là mối quan tâm hàng đầu.
Pin là khía cạnh trung tâm của công nghệ eVTOL và ở nhiều nơi trên thế giới, nơi thời tiết lạnh trong phần lớn thời gian trong năm, công nghệ pin sẽ hoạt động như thế nào là mối quan tâm hàng đầu.
Jaunt Air Mobility tuyên bố công nghệ pin cung cấp năng lượng cho máy bay Jaunt Journey eVTOL của họ sẽ có thể hoạt động trong một phạm vi nhiệt độ lớn, có khả năng hoạt động ở mọi nơi trên thế giới. Hình ảnh di động của Jaunt Air
Thời gian sạc, thời lượng nhiệm vụ và nhiệt độ xung quanh đều ảnh hưởng đến hoạt động của pin. Ngược lại, pin rõ ràng có ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian bay.
Tuy nhiên, đối với tất cả mối quan tâm đó, các công ty eVTOL như Jaunt Air Mobility không hề bận tâm. Jaunt có kế hoạch chắc chắn để triển khai hoạt động ở những địa điểm lạnh hơn như Canada.
“Jaunt Journey sẽ đáp ứng các yêu cầu chứng nhận từ -40 F đến 130 F [-40 C đến 54 C], cho phép máy bay hoạt động ở mọi nơi trên thế giới,” giám đốc truyền thông Nancy McGrory Richardson cho biết.
Có trụ sở chính tại Dallas, Texas, Jaunt cũng đang lên kế hoạch thực hiện công việc thiết kế và sản xuất tại Montreal, Quebec. Ngoài ra, vào mùa xuân năm 2022, Jaunt đã đồng ý đầu tư hơn 100 triệu đô la vào Dịch vụ Công nghệ L&T trong nhiều năm, cho phép công ty kỹ thuật mở một trung tâm ở Montreal và cung cấp cho Jaunt hỗ trợ kỹ thuật toàn diện trong phân tích và chứng nhận thiết kế kết cấu.
Đối với hệ thống pin, phần mềm quản lý pin, điều khiển chuyến bay và điện khí hóa, Jaunt đang hợp tác với BAE Systems.
Việc lựa chọn và sắp xếp ô của hệ thống pin này là dành riêng cho Hành trình vui nhộn. McGrory Richardson nói thêm rằng khả năng mô phỏng và mô hình hóa của BAE sẽ tối đa hóa hiệu suất trong các điều kiện môi trường và nhiệm vụ rộng lớn nhất.
Với hơn 40 năm kinh nghiệm thiết kế và chứng nhận các hệ thống hàng không vũ trụ quan trọng, công việc của BAE cũng bao gồm xe buýt vận tải công cộng điện khí hóa và xe hybrid điện.
Cô ấy nói: “Chúng tôi tin tưởng vào di sản phong phú của họ với các hệ thống lưu trữ năng lượng điện áp cao, và đặc biệt là trong việc lựa chọn pin và tối ưu hóa hiệu suất.”
Jaunt Air Mobility đã thu hút được sự quan tâm từ nhà phát triển vertiport Quebec Vertiko Mobility. Hình ảnh di động của Jaunt Air
Vertiko Mobility
Sự tập trung mạnh mẽ của Jaunt vào công nghệ pin sẽ hoạt động trong phạm vi nhiệt độ lớn là lý do chính khiến nhà phát triển vertiport của Canada, Vertiko Mobility, ban đầu có kế hoạch vận hành một đội gồm 70 máy bay Jaunt Journey vào năm 2027 trong mạng lưới vertiport ở khu vực Montreal và Thành phố Quebec.
Chủ tịch Vertiko John Valley và phó chủ tịch điều hành Yannick Richard cho biết ngoài thực tế là công suất pin dự kiến sẽ tăng 25% trong 5 năm tới, các hóa chất pin mới hiện đang được nghiên cứu.
Họ cho biết: “Những tiến bộ công nghệ này sẽ mang lại sự gia tăng đáng kể về năng lượng dự trữ nhưng trong một số trường hợp, độ nhạy của tế bào với nhiệt độ thấp cũng giảm mạnh.
Và mặc dù hiện tại rất khó dự đoán thực tế của pin sẽ như thế nào vào năm 2027 khi chúng bắt đầu hoạt động, “điều duy nhất chúng ta có thể làm là sử dụng một chiếc máy bay phù hợp với công nghệ hiện tại và sau đó tận dụng từng lợi thế. tiến bộ công nghệ sẽ cải thiện khả năng hoạt động của chúng tôi.”
Một số yếu tố chơi
Tiến sĩ Constantin Ionel Stefan, giám đốc công nghệ của nhà phát triển pin Amprius, giải thích rằng có một số yếu tố khiến pin hoạt động ở nhiệt độ thấp. Nói tóm lại, bất kỳ vật liệu nào làm giảm điện trở trong của tế bào sẽ dẫn đến hoạt động ở nhiệt độ thấp tốt hơn.
Ông nói: “Silicon mang lại những lợi thế từ phía cực dương, chất điện phân có độ dẫn điện cao cũng sẽ cải thiện hiệu suất ở nhiệt độ thấp và vật liệu cực âm có trở kháng thấp sẽ cải thiện hiệu suất của cực âm. “Bất kỳ thành phần nào trong số này và tất cả các thành phần cùng nhau đều có thể mang lại lợi ích cho hoạt động ở nhiệt độ thấp. Nói chung, độ dẫn điện của chất điện phân là yếu tố hạn chế và có khả năng cải thiện cao nhất.”
Các tế bào lithium-ion bị hạn chế về hiệu suất ở nhiệt độ thấp bởi khá nhiều yếu tố. Những điều này liên quan đến thiết kế tế bào, tính chất điện phân và đặc điểm điện cực.
Đồ họa được cung cấp bởi Amprius
Stefan cho biết trong số các yếu tố này, đặc tính của chất điện phân có tác động mạnh mẽ nhất đến hiệu suất ở nhiệt độ thấp của pin Li-ion — nghĩa là nếu chất điện phân bị đóng băng, tế bào Li-ion sẽ không hoạt động.
Tuy nhiên, ông cũng giải thích rằng độ dẫn điện đủ ở nhiệt độ thấp là không đủ để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Ông nói: “Để giảm tổn thất khi vận hành ở nhiệt độ thấp, vật liệu điện cực có độ khuếch tán cao phải được xác định
kết hợp với thiết kế tế bào cải tiến.”
công nghệ silicon
Trong pin của mình, Amprius sử dụng cực dương dây nano silicon thay vì điện cực Li/Li+.
Vật liệu silicon đã thể hiện hiệu suất tốt hơn so với than chì ở nhiệt độ thấp hơn -20 C (-4 F). Phát hiện này đã được công bố trong một bài báo trên Tạp chí của Hiệp hội Điện hóa năm 2016.
Các tế bào than chì có thể mất tới 40% năng lượng ở nhiệt độ thấp. Stefan cũng giải thích rằng ở nhiệt độ thấp, than chì có thể dễ dàng bị lớp mạ lithium trên bề mặt hạt.
Ông giải thích: “'Tiềm năng' của silicon so với Li/Li+ cao hơn so với than chì và do đó, ít bị mạ lithium hơn ở nhiệt độ thấp hoặc trong quá trình sạc nhanh. “Diện tích bề mặt cao hơn cũng làm tăng tốc độ phản ứng, tiếp tục giảm tổn thất năng lượng ở nhiệt độ thấp.”
Stefan lưu ý rằng các tế bào của họ, được thiết kế cho các phương tiện chạy bằng điện, dường như chỉ mất khoảng 20% năng lượng ở nhiệt độ thấp so với 40% đối với các phương tiện chạy điện (EV) hiện có.
Ông nói: “Điều đó cũng đến từ mức khả năng năng lượng cao hơn nhiều, có nghĩa là ngay cả ở nhiệt độ thấp, mức năng lượng vẫn đáp ứng mục tiêu EV của các tế bào tiêu chuẩn ở nhiệt độ phòng”. “Tôi cho rằng việc mất điện và năng lượng thậm chí còn nghiêm trọng hơn đối với eVTOL, vì phạm vi hoạt động của chúng sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi thời tiết lạnh giá.”
Nhà sản xuất pin eVTOL Cuberg đã ra mắt thiết kế của mình vào đầu năm 2022, hoán đổi cực dương từ than chì truyền thống sang kim loại lithium, nhẹ hơn rất nhiều và đậm đặc năng lượng hơn. Họ cũng đã phát triển một chất điện phân lỏng mới không đưa ra bất kỳ yêu cầu cung cấp vật liệu quan trọng mới nào cho quá trình sản xuất pin.
thiết kế eVTOL
Stefan nói thêm rằng thiết kế của máy bay có khả năng tác động tích cực đến hoạt động của pin ở nhiệt độ thấp theo một số cách.
Một trong số đó là điều hòa trước/làm nóng pin trong khi sạc và bắt đầu chuyến bay ngay sau đó. Một cách khác là thu hồi nhiệt trong quá trình hoạt động.
Ông cũng lưu ý rằng “Tôi hy vọng rằng tác động nhiệt độ sẽ khác nhau trên nhiều loại thiết kế eVTOL hiện đang được phát triển.”
