دوران هواپیماهای مسافربری الکتریکی مافوق صوت فرا رسید

به گزارش کلیک، لوک ورکمن یکی از طراحان پیشرو در زمینه بسته های باتری لیتیومی در جهان برای وسایل نقلیه الکتریکی است و او اکنون یک طرح باتری بسیار جدید و انقلابی ارائه داده که طبق گفته هایش، می تواند هواپیماهای مسافربری مافوق صوت پاک، آرام، با مسافت طولانی و نیز قابل استفاده در بعد تجاری را برای جهان به ارمغان بیاورد.

آخرین نسل از فناوری انتقال قدرت الکتریکی در مسیر حرکت به سوی برخی از تحولات بسیار هیجان انگیز در جهان حمل و نقل هوایی است؛ از تاکسیس هوایی VTOL گرفته تا طرح های بالقوه ماشین های پرواز. اما صنعت هواپیمایی هنوز هم با همان سرعت کند، سر و صدا، قیمت گران، بازده پایین و آلودگی ۴۰ سال پیش مواجه است و جالب این جاست که علی رغم پیشرفت فناوری و ظهور پدیده های جدید و انقلابی، تاکنون شاهد این نبوده ایم که صنعت برق بتواند آن را به چالش بکشد.

البته مشکل از موتورها نیست! موتورهای الکتریکی باید در هوا بسیار موثر و پربازده ظاهر شوند و نکته این جاست که در ارتفاعات بالا هوا ضخامت چندانی ندارد و موتورهای سوختی آسیب پذیز خواهند بود، اما موتورهای الکتریکی این مشکل را ندارند.

همان طور همه می دانند، مشکل اصلی باتری است که انرژی کافی را در یک بسته با میزان کافی نور فراهم می کنند. این جاست که لوک ورکمن اذعان می کند که راه حلی برای این مشکل به دست آورده است.

کافی است بگوییم که او دارای یک شخصیت منحصر به فرد و فوق العاده است که تاکنون در تولید تعداد قابل توجهی از وسایل نقلیه الکتریکی نقش داشته است؛ از موتور سیکلت الکتریکی تا هواپیمای گردان-چرخشی VTOL و یک لیست فزاینده از برنامه های کاربردی دیگر. او همچنین برخی از پرتوان ترین و پرتراکم ترین بسته های باتری لیتیوم را به بازار ارائه داده است. این روزها او به عنوان یک مشاور مستقل، یکی از بهترین طراحان باتری لیتیوم در جهان محسوب می شود.

حال حاضر، او معتقد است که یک طراحی منحصر به فرد باتری ارائه کرده که می تواند عصر جدیدی در صنعت حمل و نقل هوایی الکتریکی مافوق صوت با مسافت طولانی را در مقیاس تجاری به وجو بیاورد. او می گوید: می توان این مهم را با استفاده از علم شیمی باتری های موجود محقق کرد و به هیچ وجه نیازی به جهش های فناوری دیده شده در مسیراصلی صنایع موتورسیکلت و اتوموبیل نیست.

در حقیقت، باتری های موجود شامل مقدار زیادی از وزن اضافه برای مواد سازنده هستند. حدود ۳۵ درصد از وزن آن ها متشکل از ورق فویل آلومینیوم و مس است که فقط برای ورود انرژی به باتری و خروج از آن کاربرد دارد و به اصطلاح به آن وزن غیرفعال می گویند، چرا که هیچ گونه انرژی را در خود ذخیره نمی کند. بنابراین، هواپیماها با وجود این کونه باتری ها مجبور به حمل وزن زیادی خواهند شد.

برای مثال می توان این سلول کیسه ای را در نظر گرفت. زبانه های فویل در بالا بیت هایی هستند که اتصال فعلی مدار را برقرار می سازند. ۲۰ لایه فویل آلومینیوم برای پایانه مثبت و ۲۰ لایه از جنس مس برای پایانه منفی وجود دارد. این لایه های فویل در داخل سلول قابلست گسترش دارند و در ضمن آن ها باید متشکل از ۲۰ لایه ضخیم باشند، به طوری که بتوانند جریان کامل سلول را به زبانه بالا انتقال دهند که به زبانه های سلول های دیگر می پیوندد تا یک سری تشکیل شود.

در واقع این یک راه بسیار موثر برای بسته بندی یک باتری برای کاربردهای فراوان است. واقعیت این است که این باتری پاره پاره شده از یک موتور سیکلت الکتریکی Zero، دارای تراکم انرژی بالاتر از هر چیز دیگری در بازار با توان حدود ۱۶۱ وات ساعت در هر کیلوگرم از باتری به طور کامل بسته بندی شده است. اما باز هم این مقدار نسبت به توان ۴۰۰-۵۰۰ وات ساعت در هر کیلوگرم از باتری بسیار کمتر است؛ توانی که منجر به دستیابی به فناوری هواپیماهای مسافربری پرسرعت دوربرد خواهد شد.

ورکمن با اشاره به ترفند مورد استفاده در این طراحی گفت: من به یک طراحی باتری دست پیدا کردم که وزن آن به مراتب کمتر است و حرارت را به شکل باورنکردنی کنترل می کند و تنها نیاز به یک سطح وسیع و صاف مانند بال های یک هواپیمای مافوق صوت دارد.

البته منظور استفاده از منطقه در داخل بال یا بدنه برای ذخیره سلول های باتری نیست. ایده ورکمن استفاده از تمام سطح بال به عنوان بخشی از یک باتری غول پیکر است. ورکمن خاطر نشان کرد: من می خواهم از تمام سطح بال هواپیما برای سطح صفحه الکترود استفاده کنم و پروسه را از طریق محور با برش متقاطع سطح کامل بال انجام دهم.

به جای هدایت انرژی از طریق زبانه ها در بالای سلول ها، ورکمن می خواهد ورقه های بزرگی از مواد فعال را با هم میان لایه های فویل دو طرفه فوق العاده نازک - یک طرف آلومینیوم، یک طرف مس - به حالت ساندویچ در بیاورد. به این ترتیب کل سلول ها در تماس با یکدیگر قرار خواهند گرفت و انرژی را از طریق سطح کامل هواپیما ( و نه از طریق زبانه ها) هدایت می کنند.

برای این که سازه های کامپوزیت قدرتمند باشند، یک قسمت میانی برای حمایت از سطح خارجی نیاز است. ورکمن در ادامه گفت: ما می توانیم از باتری به عنوان لایه میانی بال هواپیما استفاده کنیم و نیز می توانیم از پوسته آلومینیوم بال به عنوان جمع کننده جریان به منظور هدایت جریان الکتریکی از دو طرف ساندویچ باتری به موتورها استفاده کنیم.

ورکمن در ادامه خاطر نشان کرد: برای هدایت جریان الکتریکی دو راه وجود دارد که یکی دشوار و پیچیده و دیگری فوق العاده آسان با رسانایی فوق العاده زیاد است و این دقیقا انتخاب ماست که از کدام یک بهره ببریم. در باتری های کوچک امروزی، ما روش سخت را استفاده می کنیم، چون تنها راهی است که از طریق آن می توان سلول های با ظرفیت بالا و با قدرت بالا را در این مقیاس ایجاد کرد. این ایده ساندویچ را نمی توان در مقیاس باتری های کوچک به کار برد، چرا که نمی توان به ظرفیت های رضایت بخش دست پیدا کرد.

اما با وجود یک بال هواپیمای مافوق صوت این مشکل از بین می رود! این سطح بسیار وسیع(بال) از مواد رسانا عملیات رسانایی خود را بدون تولید تقریبا هیچ گرمایی با بازده فوق العاده انجام می دهند و چون تقریبا هیچ گرمایی برای مقابله با ما وجود ندارد، می توان حتی از مواد فعال با تراکم بالاتر نیز استفاده کرد؛ موادی که نمی توانیم در صنعت خودرو استفاده کنیم.

انجام این کار برای یک هواپیمای کوچک، یک اتوموبیل و یا یک موتور سیکلت تقریبا بی فایده و غیر منطقی است. اما هنگامی که شما یک هواپیما با اندازه کنکورد و یک بال بزرگ مسطح در اختیار داشته باشید، معادلات دوباره جان می گیرند. از برآوردهای سریع بر اساس مواد سلولی که امن هستند و چرخه عمر بالایی دارند، شما می توانید حدودا به مقدار ۱۳،۳۰۰ آمپرساعت در هر ۰٫۲ میلی متر ضخامت هر لایه فویل دست پیدا کنید . نه صد لایه می تواند به ما ۳٫۳ کیلو ولت اختلاف پتانسیل اسمی و در حدود ۴۴ مگاوات ساعت توان قابل ذخیره سازی باتری ارائه دهد.

وزن کل تقریبا ۱۰۴ هزار کیلوگرم خواهد بود که مواد فعال درصد فوق العاده ای از آن را به خود اختصاص داده اند و دارای اتلاف رسانایی کمتر از توپولوژی های موجود است؛ اگرچه درجه شارژ / دشارژ آن بالا است. بدین ترتیب ما مقدار ۴۲۳ وات ساعت در هر کیلو را دریافت می کنیم که با همان محدوده تقریبی ما مطابقت دارد و جالب این جاست که می توانیم مواد مورد نیاز مطمئن و بادوام را به راحتی و به سرعت به صورت آماده از بازار تهیه کنیم. البته همه این موارد در شرایطی است که یک بال هواپیما با وسعت ۳۰۰ متر مربع و یک هسته فویل با ضخامت ۲۰ سانتی متر و صفحات رسانای جریان ۱ سانتی متری در بالا و پایین در اختیار داشته باشیم. هر چقدر این باتری بزرگ تر شود، بازده آن افزایش خواهد یافت.

به عبارت دیگر، هرچه هواپیما بزرگ تر شود، توانایی آن برای پرواز و بهره وری آن در حمل و نقل کالا و مسافر افزایش خواهد یافت. اگر حتی سطح بیشتری در دسترس باشد، می توان از آن ها بر روی قایق های بزرگ الکتریکی استفاده کرد.

خلاص شدن از کار بسته بندی و زبانه های ضخیم که وظیفه اتصال سلول ها در یک باتری معمولی را بر عهده دارند، می تواند مقدار قابل تاملی از وزن یک باتری را کاهش دهد. اما امپدانس کم، مسیر رسانایی با مقاومت کم و افت ولتاژ و کاهش تولید گرما است که منجر به افزایش ظرفیت و میزان عملیات شارژ می شود.

البته ورکمن در صدد این است تا از سازمان ها و افراد مشتاق استقبال کند تا او را در توسعه این ایده یاری کنند و به هیچ وجه نمی خواهد شخصا و به تنهایی بر روی ایده خود کار کند.