Il settore degli aerei elettrici ancora oggi soffre di diversi punti critici a livello di prestazioni di potenza. Basti solo pensare alle fase relative all’atterraggio e al decollo, eventi chiave in un volo, che necessitano appunto di una notevole energia, anche se la batteria del velivolo è quasi scarica. Per fortuna al Lawrence Berkeley National Laboratory, con la collaborazione dell’Università del Michigan, stanno sviluppando delle innovative batterie per aerei elettrici, che promettono di mantenere alte le prestazioni anche quando gli aerei atterrano con carica bassa.
Aerei elettrici: il problema dell’atterraggio e del decollo
Dal 2018 il settore degli aerei elettrici non riesce a trovare la quadra su questo annoso problema: dato che i velivoli dotati di motore elettrico hanno bisogno di elevate quantità di energia sia in fase di decollo che di atterraggio, cosa fare se ci si ritrova con una batteria parzialmente scarica proprio durante la fase di atterraggio?
Bisognerebbe ridurre la resistenza delle batterie, come sottolinea a TechXplore Venkat Viswanathan, professore di ingegneria aerospaziale presso l’Università del Michigan e coautore dello studio pubblicato su Joule.
“Per ottenere alta potenza, è necessario ridurre tutte le resistenze. Qualsiasi cosa che influisca sulla capacità di fornire quella potenza è pericolosa per il volo”.
Come ad esempio la power fade, ovvero la riduzione della capacità di fornire potenza costante nelle fasi di decollo e atterraggio, che si verifica quando gli ioni di litio non riescono più a muoversi facilmente tra gli elettrodi per via della corrosione che si forma sugli elettrodi stessi. Tutto ciò porta alla riduzione degli spazi disponibili per gli ioni di litio, compromettendo così la capacità della batteria di erogare potenza al motore.
Le nuove batterie “omiche”
Per ridurre gli effetti di questo fenomeno, il team di ricerca guidato da Brett Helms, scienziato senior al Molecular Foundry del Berkeley Lab e autore dello studio, ha esplorato le interazioni tra elettrodi ed elettroliti utilizzando un approccio derivante dalla biologia, noto come “omico” (omics), che ha permesso di analizzare i cambiamenti sottili che avvengono nelle batterie del motore durante i cicli di carica e scarica.
Grazie a questo approccio, il team ha scoperto che le molecole derivanti dalla power fade si formano vicino all’elettrodo positivo: proprio reagendo con quest’ultimo esse causano la corrosione della batteria. Davanti a questa scoperta, il team ha potuto sviluppare delle nuove batterie miscelando diversi sali negli elettroliti, in modo da sopprimere la reattività degli elementi compromettenti, fornendo così un rivestimento stabilizzante e resistente alla corrosione.
Questa soluzione è stata testata recentemente dalla startup And Battery Aero (cofondata da Viswanathan e Shashank Sripad) in alcune simulazioni di decollo, volo e atterraggio, che hanno confermato come questa soluzione riesca di mantenere il rapporto potenza-energia (necessario per il volo elettrico) quattro volte più a lungo rispetto alle batterie convenzionali. Il prossimo passo sarà la costruzione di una serie di batterie complete con le quali poter effettuare un vero e proprio test di volo già a partire dall’anno prossimo.
Per saperne di più su questo studio, consigliamo la lettura del paper pubblicato su Joule.
Youngmin Ko et al, Omics-enabled understanding of electric aircraft battery electrolytes, Joule (2024). DOI: 10.1016/j.joule.2024.05.013
