Вы когда-нибудь видели полностью электрический коммерческий самолет? Мы тоже, как и никто другой. Но Люк Воркман, высокоуважаемый разработчик аккумуляторных батарей, считает, что у него есть идея, которая сделает это реальностью в недалеком будущем. Он надеется добиться этого путем оптимизации существующей аккумуляторной технологии и проектирования компоновок батарей в самолетах таким образом, чтобы они стали более эффективными и действенными для дальних перелетов.
News Atlas имел возможность поговорить с независимым консультантом Люком Воркменом, который объяснил свою идею конструкции аккумуляторных батарей и то, как она может помочь авиационной отрасли перейти к более экологичным и устойчивым полетам.
Прежде всего, Воркман заявляет, что современные электродвигатели «чрезвычайно эффективны в воздухе», и основная проблема заключается в том, чтобы упаковать как можно больше энергии в аккумуляторные блоки, одновременно пытаясь снизить вес для обеспечения максимальной дальности полета. Он продолжает рассказывать News Atlas, что около «35% веса элемента составляет токосъем, листы алюминиевой и медной фольги, которые просто предназначены для ввода и вывода энергии из элемента. Это большой вес, который не является активным материалом. Это большой вес, который самолет должен нести, но который не накапливает энергию». Так какое же решение предлагает Воркман?
Он хочет использовать площадь крыла самолетов в качестве «гигантской батареи». Более конкретно, он хочет сделать крылья «поверхностью электродной пластины, а затем проводить через ось с поперечным сечением всей площади крыла».
«Я [Воркман] придумал конструкцию батареи, которая весит намного меньше и отлично справляется с нагревом – она просто требует гигантской, плоской поверхности. Например, скажем, увеличенных крыльев сверхзвукового самолета».
В отличие от традиционной аккумуляторной ячейки, проводящей энергию на клемме сверху, Воркман намерен разместить большие листы активного материала между тонкими двусторонними слоями фольги (одна сторона алюминиевая, одна сторона медная). Делая это, все ячейки находятся в контакте друг с другом, проводя ток по всей поверхности. Пример этого приведен ниже:
Источник: News Atlas
Поскольку крылья должны быть прочными и структурно надежными, Воркман предполагает, что «мы можем использовать батарею в качестве среднего слоя крыла, а алюминиевую обшивку крыла использовать в качестве токосъемника для отвода энергии с концов этого аккумуляторного сэндвича к двигателям». Визуализация этого показана здесь:
Источник: News Atlas
Он также отметил, что, поскольку современные маленькие батареи проводят ток определенным образом, эта идея «сэндвича» не сработает и не масштабируется одинаково. Но применение этой концепции к большим поверхностям работает благодаря тому, насколько она распределена. Она не только будет проводить ток чрезвычайно хорошо, но, будучи такой тонкой, будет иметь очень мало тепла. И, как многие из нас знают, регулирование температуры батареи обычно является довольно распространенной темой при обсуждении батарей.
Поскольку в качестве примера он использует «сверхзвуковой» самолет, он приводит некоторые быстрые оценки технических характеристик, если бы его идея была реализована в самолете:
«Исходя из существующих безопасных материалов ячеек с длительным циклом жизни, вы можете получить около 13 300 ампер-часов на 0,2 мм толщины для каждого слоя фольги. Девятьсот слоев дадут нам номинальное напряжение 3,3 кВ и около 44 мегаватт-часов аккумуляторного хранения.
Общий вес составит примерно 104 000 кг (230 000 фунтов), при этом экстраординарно высокая доля этой массы будет приходиться на активный материал, и более низкие потери при передаче, чем любая существующая топология, несмотря на ее возможности высокой скорости зарядки/разрядки. Это дает нам 423 Вт-ч на килограмм, что находится в пределах разумного, используя проверенные материалы, которые мы можем получить сегодня. И это при наличии 300 квадратных метров площади крыла, с фольговым сердечником толщиной около 20 см и пластинами токосъемника толщиной 1 см сверху и снизу. Чем больше становится эта батарея, тем эффективнее она становится».
Таким образом, чем больше самолет, тем больше крылья и площадь поверхности. Поэтому, по мере увеличения размера самолета, результатом будет больший запас хода и эффективность. Но это может работать не только для самолетов, но и для других крупных транспортных средств или конструкций: автобусов, поездов, большегрузных автомобилей, лодок или даже систем хранения энергии.