Aurora Aerospace spicca il volo con gli ultracapacitori

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La società di San Francisco Aura Aerospace sta lavorando a un’idea molto innovativa: rimpiazzare le batterie al litio con ultracapacitori e combinarli con sistemi di propulsione a idrogeno o a carburante fossile.
Ultracapacitori nell’aero taxi ibrido
Parliamo di velivoli. Di aero taxi, per la precisione, a decollo e atterraggio verticale; i cosiddetti VTOL. In questo caso però non droni, sempre sostenuti dalla spinta dei rotori, ma convertiplani ad ala fissa. Velivoli che utilizzano i rotori in posizione verticale per il decollo e l’atterraggio, ma poi li posizionano orizzontalmente una volta in quota, quando il sostegno è assicurato dall’ala. Proprio da questo doppio assetto deriva l’idea di  Aura Aerospace per sfruttare al meglio i suoi ultracapacitori Powercell ad alta potenza. Gli ultracapacitori sono contenitori di energia di enorme potenza e in grado di ricaricarsi completamente in meno di 10 minuti.
Il Powercell, dice Aura, offre il doppio della densità di potenza di un pacco batteria Tesla. Può caricarsi in soli 10 minuti e può sopportare una carica esplosiva per circa 250.000 cicli, quando le batterie agli ioni di litio iniziano a perdere capacità dopo circa 2.000 cicli.  È sicuro, senza possibilità di fuga termica e non utilizza cobalto. E poiché è composto principalmente da fogli di alluminio e grafene, può essere agevolmente riciclato a fine vita utile.
Powercell: tanta potenza, poca energia
Il supercapacitore Powercell di aura Aerospace
Powercell costa 10 volte più di una batteria al litio, ma la durata immensamente maggiore lo rende economicamente conveniente. Ed è immediatamente disponibile. Aura Aerospace li consegna in 6-8 settimane. Un’unità Powercell 100kF 25V da 600 Wh costa 7.599 dollari, con una potenza di picco di 21,6 kW.

L’insormontabile problema degli ultracapacitori è che all’enorme densità di potenza, corrisponde una minuscola densità di energia. Possono quindi caricarsi e scaricarsi a velocità enormi, erogando potenze altrettanto straordinarie, ma contenendo pochissima energia, si esauriscono in brevissimo tempo.

La densità di energia del Powercell è di circa 60 Wh/kg, mentre una batteria Tesla Model 3 attualmente raggiunge circa 260 Wh/kg. Quindi un eVTOL alimentato esclusivamente da questi supercapacitori avrebbe meno di un quarto dell’autonomia di uno alimentato al litio. Per fare un esempio, il range del VoloCity scenderebbe da un magro 35 km a soli 8 km.
Niente batterie, ultracapacitori per il VTOL
Cosa ha pensato Aura Aerospace? Di utilizzarli solo per decollo e atterraggio, operazioni che richiedono grandissima potenza nei rotori, ma per un periodo breve. Nel volo di crociera, invece, subentrerebbe l‘alimentazione a idrogeno o a carburante tradizionale. Qui la potenza richiesta è minima, poichè il contrasto alla gravità è garantito della ali; ma l’utilizzo è prolungato. Aura insomma cerca di sfruttare Powercell come un buffer ad alta potenza e super reattivo, principalmente per le fasi di volo più energivore. Piccoli motori a benzina o celle a combustibile a idrogeno forniscono invece un flusso lento e costante di potenza di carica, sufficiente per coprire il volo orizzontale e intanto  ricaricare Poercell per il successivo atterraggio.

Vediamo un esempio. Il convertiplano Archer’s Maker eVTOL dichiara un’autonomia di 96 km con un pacco batteria al litio da 143 kWh. Tale capacità è così suddivisa: 26 kWh vanno per VTOL e volo stazionario, 80 kWh per la crociera e 37 kWh per la riserva e lasciando spazio alla capacità dissolvenza e energia inaccessibile. Archer non dichiara il peso delle sue batterie ma potrebbe aggirarsi sui 1.000 kg.
Benzina o idrogeno per il volo in quota
La rivista specializzata New Atlas  ha calcolato che con una configurazione Powercell per quella capacità di sollevamento e hover di 26 kWh, a 10 kg per 600Wh basterebbero  430,3 kg di supercapacitore, risparmiando così 570 kg di peso nelle batterie per erogare i i rimanenti 117 kWh di energia necessari. Tale energia equivale a 30 litri di benzina (22 kg il peso). Sarebbe poi necessario un motore termico che di sicuro peserebbe molto meno dei 500 kg ancora disponibili. Quindi anzichè 30 litri di benzina, se ne potrebbero imbarcare molti di più, estendendo di due o tre volte il range operativo del velivolo.
Ultracapacitori per  l’ibrido 2.0
Aura sta ora lavorando  a un proprio eVTOL da usare come dimostratore. Per ora ha realizzato un modello di quadricottero eVTOL in scala 1/8 per esibire le potenzialità del suo Powercell. Eccolo in questo video:

Altre aziende stanno lavorando sui supercapacitori. Compresa Tesla che ha acquistato la società specializzata Maxwell. E più d’una studia sistemi ibridi con batterie tradizionali, da applicare principalmente al settore dell’automotive (leggi).
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Continua la lettura per Aurora Aerospace spicca il volo con gli ultracapacitori selezionato da Vaielettrico.it in data 21 February 2021

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