Mereka bagus untuk mobil, tetapi masih tidak begitu baik untuk penerbangan kota dan taksi udara.
Proyek Urban Air Mobility (UAM) adalah bagian dari inisiatif Eropa, tujuan akhir dari proyek ini adalah awal dari era taksi terbang. Idenya adalah untuk “membongkar” jalan yang telah lama tidak ada di kota-kota besar. Seperti yang diharapkan, sistem baru akan siap untuk pengujian pada tahun 2023, dan pada tahun 2025 mereka berencana untuk mengoperasikannya.
Selama 20 tahun terakhir, industri baterai, yang merupakan komponen penting untuk pengoperasian banyak perangkat, adalah salah satu yang paling lambat dalam pengembangan, pengembangan, dan evolusi unsur-unsurnya. Energi matahari, bahan-bahan modern dan proses pembuatan generasi berikutnya, semua ini mengarah pada penemuan ide-ide baru, kampanye yang sukses dan memberikan terobosan teknologi untuk penciptaan industri baru.
Ini berlaku untuk hampir semua hal kecuali baterai. Agar industri aksesibilitas penerbangan perkotaan memenuhi prinsip dasar kelestarian lingkungan, teknologi untuk pengembangan dan modernisasi komponen baterai juga harus memasuki babak baru pengembangannya.
Jadi mengapa penundaan seperti itu? Dan bagaimana perusahaan seperti Tesla dan Faraday Future dapat berhasil membawa produk mereka ke pasar, meskipun ada masalah yang melekat pada teknologi baterai yang sudah ketinggalan zaman?
DuFour aEro2: Contoh kendaraan listrik konseptual untuk penerbangan perkotaan.
Keadaan teknologi baterai saat iniUntuk memahami mengapa proyek mobilitas penerbangan (aksesibilitas) perkotaan membutuhkan 10 tahun lagi untuk sepenuhnya beralih ke listrik, Anda perlu memahami keadaan teknologi baterai saat ini.
Indikator kunci untuk baterai apa pun adalah kepadatan energi - jumlah energi yang dapat disimpan dalam volume tertentu. Semakin tinggi densitas, semakin kecil baterai yang diperlukan untuk sejumlah energi tertentu, atau kita dapat menghemat lebih banyak energi dalam volume yang sama.
Ternyata untuk dapat "mengoptimalkan" teknologi untuk pengembangan baterai, perlu untuk menemukan cara untuk memaksimalkan kepadatan energi. Namun, tidak seperti hukum Moore (di mana kekuatan prosesor atau komponen fungsional meningkat secara eksponensial dengan waktu), saat ini dalam teknologi produksi baterai, peningkatan kepadatan energi dalam perkiraan tahunan hanya 3%.
Dari penerjemah: aneh, tetapi di sini saya menemukan jadwal seperti itu
Hanya sebesar 3%, kepadatan energi dalam baterai meningkat sepanjang tahunAda beberapa jenis baterai yang banyak digunakan di dunia - lithium-ion dan alkaline. Meskipun baterai alkaline masih digunakan di hampir semua peralatan rumah tangga, kepadatan energinya jauh lebih rendah daripada baterai lithium-ion (sekitar 200 kali), tetapi baterai alkaline jauh lebih aman untuk diproduksi dan lebih mudah digunakan daripada baterai lithium-ion. terlebih lagi, yang terakhir sering dapat dinyalakan dengan kerusakan.
Sebagian besar solusi untuk kendaraan listrik memerlukan sejumlah besar energi untuk pekerjaan mereka, jadi sekarang mereka semua menggunakan baterai lithium-ion, yang memungkinkan untuk mengambil keuntungan dari realisasi kepadatan energi tinggi dalam volume kecil, tetapi, di sisi lain, mengasumsikan semua risiko untuk mengatur keselamatan penggunaan solusi semacam itu.
Tetapi kepadatan energi baterai lithium-ion masih terlalu rendah; kepadatan energi yang diperlukan untuk mengatur penerbangan listrik penuh dalam transportasi udara jauh lebih tinggi daripada transportasi listrik konvensional, dan perbedaan berat di sini sangat mahal.
Tentu saja, seluruh dunia dapat membuat teknologi lebih baik - jadi mengapa tidak?
Industri serupa: Tesla dan trukTesla (dan baru-baru ini, Faraday Future) dapat secara efektif menjual mobil listrik karena mereka menggunakan baterai lithium-ion dengan kepadatan energi sekitar 900 Wh / L atau 250 Wh / kg.
Untuk referensi, baterai alkaline AA mengandung sekitar 4 Wh energi dengan kepadatan energi yang sesuai dari 700 Wh / L.
Ada juga ketidakcocokan di sini, tetapi dalam aslinya seperti ini: [1] Untuk referensi, baterai Alkaline AA menampung sekitar 4 Wh energi [2] dengan kepadatan energi yang sesuai 700Wh / L.
Meskipun, google menemukan data: kepadatan energi baterai alkaline adalah 45-80 W * h / kg.
Perbandingan di atas menunjukkan seberapa jauh kepadatan energi baterai lithium-ion dibandingkan dengan energi baterai alkaline, tetapi jumlah energi yang dibutuhkan untuk kendaraan listrik masih mengejutkan.
Mobil listrik Tesla Model S dicirikan oleh akselerasi dan kinerja yang cepat, tetapi banyak yang tidak mengerti bahwa mobil itu sendiri memiliki berat hampir 1.000 pon (454 kg.) Lebih daripada sedan serupa dengan mesin pembakaran internal (terutama karena berat baterai). Kepadatan energi sekitar 900 Wh / L adalah indikator "cukup baik" untuk digunakan dalam kendaraan, karena dalam industri ini massa besar masih dapat diterima.
Namun, transportasi listrik dalam penerbangan membutuhkan bobot serendah mungkin.
Berapa banyak lagi yang Anda butuhkan untuk meningkatkan kepadatan energi agar baterai menjadi sumber energi praktis untuk transportasi udara?
Jawabannya sederhana: Anda memerlukan model tingkat daya yang sebanding Tesla S, tetapi dengan 80% dari berat baterai Tesla saat ini (yaitu sekitar 1200 lbs (545 kg.)) - lebih lanjut tentang bagaimana kami sampai pada data seperti di bawah ini.
Sebagai perbandingan, Volocopter memiliki berat 456 kg (452 kg) - kurang dari berat total baterai Tesla. Untungnya, Volocopter (dan solusi UAM lainnya) membutuhkan kurang dari 1.200 lbs (545 kg.) Atau 85kWh listrik, tetapi berat masih merupakan fitur yang sangat penting untuk solusi ini.
Perbandingan Baterai - Baterai Tesla P90D memiliki berat lebih dari seluruh Volocopter VC200.
Sebelum kita memikirkan tujuan akhir ini untuk memastikan tingkat pengisian daya baterai yang tepat untuk industri penerbangan perkotaan, kita akan beralih ke industri lain yang akrab bagi banyak orang: kendaraan udara tak berawak - drone.
Industri pembuatan droneIndustri hibrida yang akan menjadi jembatan antara penerbangan dan transportasi listrik adalah produksi kendaraan udara tak berawak (drone). Drone sedikit lebih dari sekadar satu set baterai dengan sejumlah motor listrik tanpa sikat yang memutar baling-baling kecil yang dipasang pada perangkat; biasanya empat dipasang untuk memastikan stabilitas dalam penerbangan.
Solusi UAM jauh lebih besar dan lebih kompleks, tetapi fisika konsumsi energi dan biaya yang diperlukan untuk menjaga keseimbangan perangkat tetap tidak berubah dalam kedua kasus.
Sebagai contoh, drone DJI Mavic Pro-type memiliki berat 734 gram dan dapat tetap di udara selama 31 menit menggunakan baterai 46 Wh, yang merupakan ciri khas dari kendaraan udara tak berawak yang kecil.
Dengan mengurangi statistik ini menjadi satu unit yang sebanding, misalnya kg / Wh, kami mendapatkan nilai 0,03.
Angka ini tidak berarti apa-apa, tetapi jika Anda mengalikan bobot pesawat dengan waktu yang diinginkan di udara, maka Anda bisa mendapatkan perkiraan perkiraan total energi yang dibutuhkan untuk perhitungan estimasi.
Produksi dan pengoperasian drone seperti DJI Mavic Pro menunjukkan bagaimana jalan akan terlihat dari menggunakan baterai dan pesawat kecil dengan remote control untuk menerapkan solusi dalam penerbangan perkotaan.
Catatan penting - penggunaan baling-baling dengan ukuran berbeda dan asumsi tertentu dalam konservasi energi akan menghasilkan jumlah energi yang berbeda; itu hanyalah pendekatan yang disederhanakan berdasarkan prinsip-prinsip dasar.
Industri taksi terbang.Jadi, berapa banyak energi yang dibutuhkan kendaraan, seperti Volocopter, untuk mengatur penerbangan satu jam?
Dengan menggunakan koefisien kg / Wh 0,03 untuk menyelesaikan masalah ini, kami mendapatkan bahwa Volocopter akan membutuhkan energi 14kWh.
Ingat Tesla, baterai Model S memiliki kapasitas 85kWh (6 kali lebih banyak daripada Volocopter), tetapi dengan berat 1.200 lbs (545 kg.)
Karena itu, jika Anda membongkar baterai Tesla Model S dan memasang hanya seperenam sel mereka di Volocopter, sel baru ini akan berbobot 200 lbs (91 kg.), Yang akan lebih dari 20% dari berat Volocopter.
Akankah baterai Tesla P90D bekerja di taksi perkotaan? Kemungkinan besar tidak.
Keterbatasan20% ini tidak terlalu tinggi, tetapi ketika Anda membandingkan energi 200 lbs (91 kg.) Berat (14kWh atau 50,3 Megajoules) dengan energi yang disimpan dalam 200 lbs (91 kg.) Bahan bakar pesawat Jet-A (4126 Megajoules) , menjadi jelas mengapa penggunaan Jet-A masih lebih menguntungkan karena kepadatan energinya yang sangat tinggi.
Untuk memahami jadwal dari sini .
Meskipun bahan bakar pesawat Jet-A adalah bahan bakar yang kurang diinginkan dalam hal dampak lingkungan, kepadatan energinya jauh lebih unggul daripada hampir semua sumber energi lain yang digunakan dalam penerbangan sipil.
ManfaatnyaTetapi ini tidak berarti bahwa baterai saat ini tidak dapat "cukup baik".
Untungnya, pengembangan dan inovasi aerodinamis berarti bahwa perbandingan kepadatan energi dengan Jet-A tidak diperlukan; Baterai bisa cukup baik dengan kepadatan energi yang lebih rendah, tetapi dengan manfaat tambahan dari nol emisi, yang merupakan keuntungan besar dibandingkan bahan bakar Jet-A.
Angka ajaib 80% yang disebutkan dalam perbandingan pertama penerapan baterai Tesla dengan industri UAM sangat penting karena, sebagai aturan, mengurangi bobot baterai hanya 20% dapat membebaskan berat yang cukup untuk meningkatkan kapasitas tambahan yang berguna dari kompartemen bagasi, memasang avionik tambahan dan peralatan.
Ini akan mengurangi 200 lbs (91 kg.) Baterai menjadi 160 lbs (73 kg., Hingga 16% dari total berat pesawat) dan akan memungkinkan kepadatan energi meningkat sepertiga, karena penurunan volume untuk mengurangi berat tidak sebanding secara linear.
Kemampuan ini untuk mengurangi berat baterai hingga 20% dengan tetap mempertahankan kapasitas 80% adalah patokan untuk pengembangan solusi baru.
80/20 .
KesimpulannyaSeberapa realistiskah untuk segera mencapai pengurangan bobot baterai dan peningkatan kepadatan energi?
Pada kecepatan modernisasi teknologi baterai saat ini, akan memakan waktu sekitar 7 tahun. Apakah cukup cepat? Banyak yang akan menjawab ya, tetapi pertanyaan lain lebih diperhatikan: berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk meningkatkan teknologi baterai untuk mencapai pengurangan berat 30% dan 40% atau berkembang ke titik di mana kapasitas energi Jet-A sebanding?
7 tahun ke depan akan menjadi barometer kesuksesan nyata, dan demonstrasi skala kecil teknologi baterai baru dalam situasi yang terkait dengan pengangkutan penumpang di kota akan membantu meningkatkan kesadaran umum tentang manfaat transportasi udara menggunakan listrik.
Pada akhirnya, saatnya akan tiba ketika ambang batas 3% per tahun dalam pengembangan baterai akan terlampaui, tetapi hanya setelah lebih banyak peneliti dan negara menyadari manfaat potensial dari perkembangan tersebut.
Sesuatu yang sangat campur aduk dalam artikel itu. Dalam presentasi ini, bahkan lebih jelas energy.skolkovo.ru/downloads/documents/SEneC/News/SKOLKOVO_EneC_2018.04.04_Grushevenko.pdf