Onderzoekers van het Ohio State University Center for Automotive Research hebben nieuwe computermodellen gemaakt om de levensduur en prestaties te voorspellen van batterijen die sommige passagiersvliegtuigen kunnen aandrijven - een stap voorwaarts voor schonere, efficiënter vliegverkeer.

De modellen laten zien dat het toevoegen van lithium-ionbatterijen aan een regionaal vliegtuig de brandstofbehoefte van dat vliegtuig tot 20 procent kan verminderen. aldus de onderzoekers.

Het team presenteerde de bevindingen vorige week op het American Institute of Aeronautics and Astronautics Electric Aircraft Technologies Symposium in Indianapolis.

"We werken aan manieren om vliegreizen minder CO2-intensief te maken, " zei Marcello Canova, een co-presentator en universitair hoofddocent mechanische en ruimtevaarttechniek aan de Ohio State. "Lithium-ion batterijen, inclusief de technologie die tegenwoordig in de handel verkrijgbaar is, lijkt een veelbelovende optie."

Het onderzoek wordt uitgevoerd in het kader van NASA's University Leadership Initiative-programma, en richt zich op het evalueren van de afwegingen tussen brandstofbesparing en de grootte van een batterijpakket, gewicht en kosten, terwijl ook de koolstofimpact van de elektriciteit die nodig is om het batterijpakket op te laden, wordt meegerekend. De ontwikkelde modellen en tools waren een gezamenlijke inspanning van onderzoekers van de Ohio State en het Georgia Institute of Technology, en kan ontwerpers van vliegtuig- en vliegtuigbatterijen helpen beter te begrijpen hoe het ontwerp van een vliegtuig van invloed is op het vermogen om door een batterij te worden aangedreven.

In voorlopige ontwerpen de onderzoekers concentreerden zich op lithium-ionbatterijpakketten die het vermogen zouden kunnen aanvullen dat wordt geproduceerd door de motoren van een regionale jet - een die 600 of minder mijl reist, met 50 tot 100 passagiers.

Hun model toonde in tests aan dat een batterij ongeveer 30 procent van het totale vermogen kan leveren dat een vliegtuig nodig heeft om naar kruishoogte te klimmen, en ongeveer 20 procent van het vermogen dat nodig is om te cruisen.

Dat zou de niveaus van koolstofdioxide kunnen verminderen - een primaire oorzaak van klimaatverandering - dat vliegtuigen bijdragen aan de atmosfeer. Vliegreizen dragen ongeveer 2 procent bij aan de koolstofdioxide die mensen in de atmosfeer van de aarde brengen, aldus de Air Transit Action Group. Dit onderzoeksteam, geleid door de staat Ohio en vier andere universiteiten, is door NASA gefinancierd om nieuwe, minder koolstofintensieve manieren om vliegreizen mogelijk te maken.

"Ons team richt zich op het evalueren van de haalbaarheid en economie van de introductie van lithium-ionbatterijen voor vliegreizen, " zei Canova. "En we werken aan manieren om dat veilig en betrouwbaar te maken."

Hun werk gaat ook na hoe batterijen voor vliegreizen efficiënter kunnen worden gemaakt. Batterijen die auto's aandrijven verschillen van batterijen die vliegtuigen aandrijven, Canova zei:Vliegtuigbatterijen moeten zich aan een strenger gewicht houden, veiligheid, duurzaamheids- en betrouwbaarheidsnormen.

Maar batterijen verslechteren door gebruik, die in de loop van de tijd minder vermogen bieden en het bereik dat een vliegtuig kan reizen verkleinen. Die verslechtering betekent ook dat er minder vermogen beschikbaar is om een ​​vliegtuig te helpen accelereren en zijn maximale snelheid te bereiken. Temperatuur beïnvloedt batterijen, ook.

Om de basis te leggen voor een betere batterij, Canova zei, het team bouwde een computermodel van een elektrothermisch batterijpakket en voegde een algoritme toe dat de effecten van tijd en gebruik op batterijen simuleerde. Daarna testten ze hoe dat model presteerde na herhaald gebruik en onder verschillende temperaturen.

Het team was van plan om de batterij voor zes vluchten per dag te gebruiken, en berekende het benodigde vermogen voor het opstijgen, klimmen, cruisen, landen en taxiën naar de landingsbaan. Ze kregen een uur tussen de vluchten om het batterijpakket op te laden, en veronderstelde dat het pakket twee jaar zou kunnen worden gebruikt, 24 uur per dag, zeven dagen per week.

Ze ontdekten dat de prestaties van een batterijpakket worden beperkt door capaciteitsvervaging, een term die wordt gebruikt om energieverlies in een batterij in de loop van de tijd te beschrijven. En ze vonden die tijd, niet gebruiken, is de belangrijkste oorzaak van achteruitgang van de batterij.

Wat ze ontwikkelden, Canova zei, is in wezen een hulpmiddel dat kan worden gebruikt om het effect te voorspellen dat stressfactoren zoals veroudering en gebruik kunnen hebben op een lithium-ionbatterij die een regionaal vliegtuig van stroom voorziet, wat een zeer belangrijke factor is bij het evalueren van de kosten en baten van de introductie van deze technologie in vliegreizen.