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Jun 09, 2023

Esplorare le sfide e i progressi nella mobilità aerea urbana

Maria Guerra | Jun 07, 2023 Advances in electric propulsion, battery technology,

Maria Guerra | 07 giugno 2023

I progressi nella propulsione elettrica, nella tecnologia delle batterie, nei materiali leggeri e nei sistemi autonomi hanno aperto la strada all’aviazione elettrificata. Questi sviluppi tecnologici hanno aperto opportunità alle startup per creare soluzioni innovative per velivoli elettrici a decollo e atterraggio verticale (eVTOL): ne abbiamo esaminati 11 di recente. Ma rimangono molte sfide.

Sebbene la tecnologia delle batterie sia un fattore cruciale per l’aviazione elettrica, è necessario affrontare diverse sfide per un’adozione diffusa degli aerei eVTOL. Alcune delle sfide significative includono quanto segue:

Densità di energia della batteria: l’aviazione elettrica richiede batterie ad alta densità di energia per fornire energia sufficiente per autonomie di volo estese mantenendo sicurezza e affidabilità.

Durata e autonomia della batteria: la densità di energia limitata limita l'autonomia e la resistenza del volo dell'aereo elettrico. Aumentare l’autonomia degli aerei elettrici per soddisfare i requisiti delle applicazioni aeronautiche convenzionali basate sui combustibili fossili, come i viaggi regionali o i voli a lungo raggio, rimane una sfida.

Peso e volume della batteria: il peso è un fattore critico nel settore dell'aviazione, poiché influisce direttamente sulle prestazioni dell'aeromobile, sulla capacità di carico utile e sull'efficienza. I sistemi di batterie possono essere pesanti e incidere sul peso complessivo dell’aeromobile. Pertanto, ridurre il peso delle batterie mantenendone la capacità di accumulo di energia è fondamentale per massimizzare la capacità di carico utile e l’efficienza operativa degli aerei elettrici.

Sicurezza e gestione termica: l’elevata densità energetica e la complessa chimica delle batterie comportano rischi per la sicurezza, tra cui l’instabilità termica e il rischio di incendi. Sistemi efficaci di gestione termica sono essenziali per controllare e dissipare il calore generato dalle operazioni di carica e scarica ad alta potenza.

Infrastruttura di ricarica: per sfruttare appieno l’elettrificazione dell’aviazione, è necessario sviluppare un’infrastruttura di ricarica solida e diffusa. La creazione di una rete affidabile di stazioni di ricarica in vari aeroporti e località può favorire l’adozione di aerei elettrici.

Costo: i costi delle batterie rimangono una sfida significativa per l’aviazione elettrica. Le attuali tecnologie delle batterie, come quelle agli ioni di litio, possono essere costose, incidendo sul costo complessivo degli aerei elettrici. Per rendere l’aviazione elettrica più economicamente sostenibile sono necessari la riduzione dei costi attraverso i progressi nella produzione delle batterie, le economie di scala e la ricerca sui prodotti chimici alternativi delle batterie.

Impatto ambientale: secondo l’IEA, nel 2021, l’aviazione ha rappresentato oltre il 2% delle emissioni globali di CO2 legate all’energia, essendo cresciuta più rapidamente negli ultimi decenni rispetto a strada, ferrovia o navigazione. Sebbene l’aviazione elettrica riduca innegabilmente le emissioni di carbonio e sostenga la sostenibilità ambientale, è imperativo tenere conto delle conseguenze ambientali associate alla produzione e allo smaltimento delle batterie.

Un sistema di batterie per l'aviazione può tipicamente includere la batteria principale utilizzata per avviare i motori dell'aereo e batterie ausiliarie per alimentare le funzioni essenziali dell'aereo come illuminazione, avionica, sistemi di comunicazione, sistemi di emergenza e alimentazione di riserva.

Northvolt e Cuberg hanno presentato un nuovo programma dedicato allo sviluppo di sistemi di batterie ad alte prestazioni che consentiranno un volo elettrico sicuro e sostenibile. La cella di Cuberg ospita un anodo composto da litio metallico puro (invece di un anodo di rame rivestito di grafite comunemente usato nelle celle agli ioni di litio). Secondo Cuberg, le sue celle al litio metallico da 20 Ah, che hanno un'energia specifica di 405 Wh/kg, funzionano come previsto se assemblate in un modulo batteria per aviazione.

L'energia specifica del modulo Cuberg è fino al 40% superiore rispetto ai moduli comparabili basati sulla tecnologia agli ioni di litio.

Le metriche delle prestazioni del modulo Cuberg sono le seguenti:

Massa

16,4 chilogrammi

Misurare

95 mm x 280 mm x 540 mm

Energia nominale

4,6 kWh

Densita 'energia

320 Wh/l

Energia specifica