Les Batteries Peuvent-Elles Alimenter Les Vols De Mobilité Aérienne Urbaine?

Les chercheurs cherchent à améliorer la puissance de la batterie pour permettre les vols de mobilité aérienne urbaine.

par Jim Magill

La clé pour atteindre un avenir de mobilité aérienne urbaine (UAM) réside dans le développement d’une source d’énergie, suffisamment compacte pour ne pas prendre trop de place ou ajouter trop de poids à un avion, mais suffisamment puissante pour fournir l’énergie nécessaire aux décollages et atterrissages verticaux, et des capacités de vol soutenues.

La Federal Aviation Administration définit l’UAM comme “un système de transport aérien sûr et efficace qui utilisera des avions hautement automatisés qui exploiteront et transporteront des passagers ou du fret à des altitudes plus basses dans les zones urbaines et suburbaines. »La NASA envisage l’UAM pour inclure de petits drones, des avions électriques et une gestion automatisée du trafic aérien.

Alors que les chercheurs ont fait de grands progrès dans le développement de batteries pour alimenter tout, des voitures particulières aux segments du réseau électrique, l’utilisation de batteries pour alimenter des avions capables de transporter des personnes est restée un défi majeur.

Un groupe ad hoc d’experts dans le domaine du stockage de l’énergie, représentant des agences gouvernementales américaines et des groupes industriels privés, travaille depuis plus d’un an et demi à la création de la prochaine génération de batteries et d’autres sources de carburant innovantes pour alimenter les véhicules aériens nécessaires à la réalisation de l’UAM, ainsi que les avions plus gros utilisés dans l’aviation commerciale.

Selon les récents résultats du groupe rapport, préparé grâce à une collaboration du département de l’Énergie des États-Unis et de la NASA, les avions à décollage et atterrissage verticaux électriques (eVTOL) et les avions grand public à courte portée sont les deux segments de l’aviation les plus susceptibles de bénéficier du développement de batteries de nouvelle génération dans un avenir proche. Ce segment de l’industrie aéronautique devrait profiter de la recherche et du développement actuels et du déploiement commercial de batteries utilisées pour alimenter les véhicules électriques (VE).

Au cours des cinq à 10 prochaines années, les avions eVTOL permettront la mobilité aérienne urbaine, “fournissant des services de passagers, de fret et d’urgence intracités exploités par des avions à propulsion électrique, pilotés à distance ou sous contrôle autonome”, indique l’étude. Il estime que le marché de la mobilité aérienne urbaine pourrait atteindre 9 milliards de dollars d’ici 2030 et 80 milliards de dollars d’ici 2041.

”À l’avenir, les batteries seront extrêmement importantes pour décarboner chaque partie de notre économie », a déclaré Venkat Srinivasan, auteur de l’étude et expert en stockage d’énergie du DOE, dans une interview.

“Nous devons réfléchir en profondeur à la décarbonisation du secteur de l’aviation”, a déclaré Srinivasan, directeur du Centre Collaboratif Argonne pour la Science du Stockage de l’Énergie (ACCESS) et directeur adjoint du Centre Commun de Recherche sur le Stockage de l’Énergie (JCESR).  » La mobilité aérienne urbaine est la première application que nous avons examinée.”

Avec des densités d’énergie d’environ 150 à 170 watts-heures par kilogramme lorsqu’elles sont combinées dans un pack, les batteries lithium-ion d’aujourd’hui pourraient alimenter les vols de démonstration initiaux et sont proches d’avoir une densité d’énergie suffisante pour permettre des vols eVTOL à court terme de véhicules aériens de neuf à 20 passagers avec une capacité de portée limitée, selon l’étude.

Les chercheurs ont découvert que les batteries nécessaires pour alimenter le type de véhicules sans pilote eVTOL nécessaires à la mobilité aérienne urbaine devraient avoir une densité d’énergie qui n’est que de 10% à 15% supérieure à la génération actuelle de batteries lithium-ion utilisées dans les véhicules électriques. Compte tenu de l’état actuel des recherches, un tel changement d’étape de la densité d’énergie devrait s’avérer relativement facile à réaliser, a déclaré Srinivasan. Le plus grand défi vient du développement de batteries plus puissantes capables de relever les défis du vol VTOL.

”Lorsque vous décollez, vous avez besoin de beaucoup de puissance et lorsque vous atterrissez, vous avez besoin de beaucoup de puissance, car vous défiez la gravité », a-t-il déclaré. Normalement, un utilisateur utiliserait une batterie complètement chargée au décollage, mais voudrait que cette batterie soit presque épuisée à la fin d’un vol afin de pouvoir la recharger correctement.

”Mais pour une application eVTOL, vous devez absolument avoir le pouvoir lorsque vous atterrissez », a déclaré Srinivasan.

Les chercheurs ont étudié le potentiel de développement de nouvelles chimies de batteries qui pourraient surmonter les limites des types de batteries lithium-ion actuellement utilisées dans les véhicules électriques. Lors de la première réunion du partenariat public-privé, tenue en décembre 2019, les participants ont “examiné la faisabilité de batteries primaires à très haute densité énergétique (telles que le chlorure de lithium-sulfuryle ou le fluorure de lithium-métal) dans le but d’établir leur capacité à être rechargées”, indique le rapport.

Les membres du groupe ont également discuté de l’utilisation possible dans les applications aéronautiques des batteries lithium-oxygène et lithium-soufre, qui sont actuellement à l’étude pour une utilisation dans les véhicules électriques, “en supposant que les limitations fondamentales pourraient être résolues.”

En plus d’étudier les améliorations apportées à la technologie actuelle des batteries, les participants du groupe étudient également d’autres sources d’énergie pour le secteur de l’aviation, telles que la technologie des piles à combustible dans laquelle “le carburant peut être réservé électrochimiquement ou chimiquement en utilisant de l’hydrogène, de l’ammoniac ou d’autres molécules synthétiques”, indique le rapport.

« Jusqu’où pouvons-nous pousser les piles? Il y aura une limite. Cela signifie que nous n’allons pas faire de batteries pour certaines de ces applications ”, a déclaré Srinivasan.

« En tant que personne de batterie. Je veux pousser la batterie aussi loin que possible, mais nous ne pourrons plus rivaliser avec les ressources hydrolysées ”, a-t-il déclaré.

Vous souhaitez en savoir plus sur la mobilité aérienne urbaine ?  Découvrez quoi L’administrateur en chef de la FAA, Steve Dickson, dit, investissement dans les véhicules UAM, Infrastructures UAM, et le première visite aérienne opérations.  Besoin de plus d’informations sur les technologies de batteries et de moteurs pour drones?  En savoir plus sur les technologies de recharge ici et ici, et des moteurs hybrides à hydrogène pour drones de passagers ici.

Jim Magill est un écrivain basé à Houston avec près d’un quart de siècle d’expérience dans les développements techniques et économiques de l’industrie pétrolière et gazière. Après avoir pris sa retraite en décembre 2019 en tant que rédacteur en chef chez S & P Global Platts, Jim a commencé à écrire sur les technologies émergentes, telles que l’intelligence artificielle, les robots et les drones, et la manière dont elles contribuent à notre société. En plus de DroneLife, Jim est un contributeur à Forbes.com et son travail est paru dans le Houston Chronicle, le U.S. News & World Report et Unmanned Systems, une publication de l’Association for Unmanned Vehicle Systems International.

Merci à Drone Life.