Un rapido excursus sull’attuale stato dei progressi tecnologici per le batterie degli eVTOL, i piccoli aerei elettrici a decollo ed atterraggio verticale
Lo sviluppo degli eVTOL riserva un aspetto critico, ovvero le batterie. Che poi, è lo stesso discorso che riguarda le auto, e qualsiasi mezzo che voglia fare a meno dei tradizionali carburanti. Vale a dire: la mobilità farà fatica a rivoluzionarsi e rivoluzionare le nostre abitudini se non ci saranno progressi con celle e accumulatori in termini di efficienza, costi, affidabilità e autonomia.
Questo vale quindi anche per gli aeromobili a decollo ed atterraggio verticale, che accolgono un numero limitato di passeggeri e che possono fungere da taxi o auto volanti. Una tipologia di veicoli che richiede un lavoro particolare da parte delle batterie (a meno che non si sfruttino soluzioni ibride con i normali carburanti). Pensiamo ad esempio al carico di energia richiesta per il decollo e l’atterraggio, allo stress termico e al rischio di degrado in tempi rapidi.
Gli eVTOL richiedono batterie con caratteristiche specifiche per voli affidabili
Ergo, come riporta un’analisi pubblicata su EE Power, servono batterie con caratteristiche specifiche per gli eVTOL. In particolare esemplari che sopportino degli intensi cicli di carica e scarica onde evitare il surriscaldamento, con notevoli potenze in uscita rispetto agli accumulatori studiati per le vetture elettriche. Inoltre, c’è un ulteriore aspetto da non sottovalutare. Parliamo del peso, affinché la batteria non rappresenti una zavorra che renda difficile il volo e aumenti i consumi (e se l’energia si esaurisce in aria diventa un bel problema).
Quindi è fondamentale procedere con lo sviluppo di questi dispositivi vitali per il funzionamento degli eVTOL. Questo comporta un superamento degli attuali modelli agli ioni di litio, che comportano una densità energetica (un rapporto tra il volume della batterie e la quantità energetica accumulata, che determina l’autonomia) abbastanza limitata per un aeromobile. Oltre al difetto del surriscaldamento.
Batterie per gli eVTOL: la promettente alternativa a stato solido
Una prima alternativa è rappresentata dalle batterie a stato solido, di cui abbiamo parlato spesso su queste pagine. Esse consentono un migliore rapporto legato alla densità energetica e una minore propensione al surriscaldamento grazie al fatto che non hanno al loro interno elettroliti liquidi. Aziende come QuantumScape, Lilium, BETA Technologies e Overair stanno sviluppando modelli di questo tipo, con pacchi capaci anche di resistere a stress termici e ad urti. Le ultime due realtà, in particolare, sono al lavoro per realizzare batterie per i propri velivoli, come il Butterfly di Overair.
I progressi e gli studi per efficientare i tempi di ricarica
Un altro settore su cui si sta lavorando per migliorare e rendere più sicuri i voli con gli eVTOL è rappresentato dalla ricarica. Per superare l’inciampo di tempi non proprio rapidi per ricaricare una batteria agli ioni di litio, i ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory hanno messo a punto formulazioni alternative di elettroliti che consentirebbero ai pacchi batterie agli ioni di litio ad alta densità energetica di ottenere una ricarica completa con un tempo massimo di 12 minuti. Anche il National Renewable Energy Laboratory, tramite il suo team XCEL, ha sviluppato nuovi tipi di formulazioni per gli elettroliti in modo tale che si raggiunge la carica ottimale, vale a dire l’80%, in meno di un quarto d’ora con celle che, riporta EE Power, presentano “densità energetica di 275 wattora/chilogrammo e una durata di 1000 cicli e 15 anni”.
I materiali e il problema del surriscaldamento
Per migliorare le batterie è necessario inoltre lavorare sull’aspetto ingegneristico, per realizzare materiali sempre più resistenti ed efficienti. Questo introducendo alternative come il silicio per gli anodi anziché la tradizionale grafite, o elettroliti a stato solido. Tecnologie che promettono una migliore densità energetica e una maggiore sicurezza.
Per quanto riguarda il surriscaldamento delle batterie, le novità allo studio per superare i tradizionali metodi ad aria e a liquido sono rappresentate ad esempio dal raffreddamento con materiale a cambiamento di fase (PCM), che “utilizza il calore latente durante i cambiamenti di fase per mantenere l’uniformità della temperatura: combinandolo con strutture come heat pipe e piastre di raffreddamento a microcanali, consente di aumentare l’efficacia”.
Non dimentichiamo inoltre i progressi nei sistemi di gestione delle batterie (BMS), che ne monitorano il funzionamento, le prestazioni e la durata in condizioni diverse, sia parlando di contesti ambientali che nei cicli di carica e scarica. Un sistema fondamentale se parliamo anche di eVTOL e per garantire una vita ottimale per la batteria.
Le novità delle batterie litio-zolfo e litio-aria
EE Power conclude citando poi le innovazioni in termini di materie prime, come quelle offerte dalle batterie litio-zolfo o litio-aria. Tecnologie che coniugano efficienza, densità energetiche più alte di quelle attuali (si può arrivare in teoria ad un valore sino a 600 Wh/kg, rispetto ai 200-300 delle batterie agli ioni di litio) e costi più ridotti. E che potrebbero rendere così più affidabili i voli con mezzi aerei come gli eVTOL.
Immagine di Copertina: Lilium Jet
