噴氣背包、機(jī)器人女仆和飛行汽車都是21世紀(jì)的承諾。我們得到了機(jī)械化的、自動(dòng)的真空吸塵器?，F(xiàn)在，賓夕法尼亞州立大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)正在探索電動(dòng)垂直起降(eVTOL)車輛的需求，并設(shè)計(jì)和測(cè)試潛在的電池電源。

"我認(rèn)為飛行汽車有可能消除大量的時(shí)間，提高生產(chǎn)力，并為運(yùn)輸打開空中走廊，"賓夕法尼亞州立大學(xué)威廉-E-迪芬德機(jī)械工程講座持有人和電化學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)中心主任王超洋說。"但電動(dòng)垂直起降車對(duì)電池來說是非常具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)。"

研究人員定義了飛行汽車電池的技術(shù)要求，并在今天的Joule雜志上報(bào)告了一個(gè)原型電池。

"飛行汽車的電池需要非常高的能量密度，這樣你才能在空中停留，"王說。"而且它們?cè)谄痫w和降落時(shí)也需要非常高的功率。它需要大量的動(dòng)力來垂直上升和下降。"

王指出，電池也將需要快速充電，因此在高峰期可能會(huì)有高收入。他認(rèn)為這些車輛有頻繁的起飛和降落，并迅速和經(jīng)常充電。

"王說："在商業(yè)上，我希望這些車輛能有15次出行，在高峰期每天兩次，以證明這些車輛的成本是合理的。"第一次使用可能是從一個(gè)城市到一個(gè)機(jī)場(chǎng)，搭載三到四個(gè)人，大約50英里。"

重量也是這些電池的一個(gè)考慮因素，因?yàn)檐囕v將不得不提升和降落電池。一旦eVTOL起飛，在短途旅行中，平均速度將是每小時(shí)100英里，長途旅行將平均每小時(shí)200英里，據(jù)王說。

研究人員在實(shí)驗(yàn)中測(cè)試了兩種能量密集的鋰離子電池，它們可以在5到10分鐘內(nèi)為50英里的eVTOL旅行充入足夠的能量。這些電池在其生命周期內(nèi)可以維持2000多次快速充電。

王和他的團(tuán)隊(duì)使用了他們一直在研究的電動(dòng)汽車電池的技術(shù)。關(guān)鍵是加熱電池以允許快速充電，而不形成損害電池和危險(xiǎn)的鋰尖峰。事實(shí)證明，對(duì)電池進(jìn)行加熱也可以使電池中持有的能量快速放電，從而實(shí)現(xiàn)起飛和降落。

研究人員通過加入一個(gè)鎳箔來加熱電池，使電池迅速達(dá)到140華氏度。

"王說："在正常情況下，eVTOL電池所需的三個(gè)屬性是相互作用的。"高能量密度會(huì)減少快速充電，而快速充電通常會(huì)減少可能的充電周期數(shù)。但是我們能夠在一個(gè)電池中做到這三點(diǎn)"。

飛行汽車的一個(gè)完全獨(dú)特的方面是，電池必須始終保持一些電量。例如，與手機(jī)電池不同的是，手機(jī)電池在完全放電后再充電時(shí)效果最好，而飛行汽車電池在空中永遠(yuǎn)不能完全放電，因?yàn)樾枰娏肀３衷诳罩泻徒德洹ｏw行汽車電池總是需要有一定的安全系數(shù)。

當(dāng)電池為空時(shí)，充電的內(nèi)部阻力很低，但剩余電量越高，越難將更多的能量推入電池。通常情況下，隨著電池的填充，重新充電的速度會(huì)減慢。然而，通過加熱電池，充電可以保持在5到10分鐘的范圍內(nèi)。

"我希望我們?cè)谶@篇論文中所做的工作將給人們一個(gè)堅(jiān)實(shí)的想法，即我們不需要再過20年才能最終得到這些車輛，"王說。"我相信我們已經(jīng)證明，eVTOL在商業(yè)上是可行的"。