Un nuovo studio trova un modo realizzare batterie che sostengano il decollo e l'atterraggio verticale degli aerei
È possibile immaginare un futuro di aerei elettrici a batteria che solchino i cieli senza emissioni? Per qualcuno la risposta è sì, ma le sfide da risolvere sono ancora molte. Il problema principale è ovviamente riuscire a ad alimentare viaggi prolungati mantenendo contenuto il peso e lo spazio occupato dalle batterie. In altre parole servono dispostivi d’accumulo dotati un’elevata densità di energia. Stime di settore ritengono affidabile per il volo con batterie con un’energia specifica di circa 800 Wh per chilogrammo. Ma la densità di energia non è l’unico fattore da guardare. Le batterie ricaricabili per aerei devono anche mantenere elevata l’erogazione di potenza quando il mezzo atterra o decolla.
Un aiuto in questo campo arriva da una nuova ricerca condotta dal Lawrence Berkeley National Laboratory in collaborazione dell’Università del Michigan (UM). “Sia il decollo che l’atterraggio richiedono una potenza elevata, e l’atterraggio è più impegnativo perché non si è completamente carichi”, ha spiegato Venkat Viswanathan, professore di ingegneria aerospaziale presso l’UM e coautore dello studio. “Per ottenere una potenza elevata, bisogna ridurre tutte le resistenze. Tutto ciò che influisce sulla capacità di erogare tale potenza”.
Sia la perdita di capacità che quella di potenza si verificano in genere quando gli ioni di litio non riescono più a muoversi facilmente dentro e fuori dagli elettrodi. Ma se nel primo caso il problema è la quantità di ioni di litio che possono muoversi tra gli elettrodi, nel secondo caso il fattore scatenante è la velocità degli stessi. Un’opzione per rendere il percorso più rapido è quella di impiegare materiali degli elettrodi più porosi o più sottili, ma entrambe queste modifiche avrebbero un costo elevato per la densità energetica.
Sotto la guida di Brett Helms, il team ha esplorato un nuovo approccio mutuato dalla biologia: l’omica. L’omica è una disciplina che identifica e quantifica i processi molecolari che contribuiscono alla forma e alla funzione dei sistemi viventi. Gli scienziati hanno impiegato l’omica per studiare i sistemi di batterie ricaricabili per aerei.
Utilizzando capacità analitiche di precisione nello spazio chimico, hanno delineato la struttura, la funzione e l’evoluzione delle interfasi nella ricarica i celle Li-nichel manganese ossido (NMC)811 ad alta potenza e alta tensione con elettroliti localmente superconcentrati a sale misto. Nel dettaglio il gruppo ha provato diverse chimiche di elettroliti, osservando i sottili cambiamenti che si verificano all’interno dell’elettrolita in diverse posizioni della batteria durante la carica e la scarica.
L’azienda 24M ha quindi costruito una cella di prova con questa elettrolita migliore e l’ha inviata ad And Battery Aero, una startup che Viswanathan ha co-fondato con il suo ex studente Shashank Sripad (coautore dello studio).
Sripad ha testato la cella estraendo ripetutamente energia da essa in una sequenza realistica di decollo, volo e atterraggio, come se facesse parte di un modulo batteria completo che alimenta un aereo elettrico. Rispetto alle batterie convenzionali, la nuova cella ha mantenuto il rapporto potenza/energia necessario per il volo elettrico per quattro volte più a lungo.
