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Jun 09, 2023

Explorando desafios e avanços na mobilidade aérea urbana

Maria Guerra | 07 de junho de 2023 Avanços em propulsão elétrica, tecnologia de bateria,

Maria Guerra | 07 de junho de 2023

Avanços em propulsão elétrica, tecnologia de baterias, materiais leves e sistemas autônomos abriram caminho para a aviação eletrificada. Esses desenvolvimentos tecnológicos abriram oportunidades para startups criarem soluções inovadoras para aeronaves elétricas de decolagem e pouso vertical (eVTOL): analisamos 11 delas recentemente. Mas muitos desafios permanecem.

Embora a tecnologia de bateria seja um facilitador crucial da aviação elétrica, vários desafios devem ser enfrentados para a adoção generalizada de aeronaves eVTOL. Alguns dos desafios significativos incluem o seguinte:

Densidade de energia da bateria: a aviação elétrica requer baterias com alta densidade de energia para fornecer energia suficiente para intervalos de voo estendidos, mantendo a segurança e a confiabilidade.

Vida útil e alcance da bateria: a densidade de energia limitada restringe o alcance e a resistência de voo da aeronave elétrica. Aumentar a gama de aeronaves elétricas para atender aos requisitos de aplicações convencionais de aviação baseadas em combustível fóssil, como viagens regionais ou voos de longo curso, continua sendo um desafio.

Peso e volume da bateria: O peso é um fator crítico na aviação, pois afeta diretamente o desempenho, a capacidade de carga e a eficiência da aeronave. Os sistemas de bateria podem ser pesados, afetando o peso total da aeronave. Portanto, reduzir o peso das baterias e manter sua capacidade de armazenamento de energia é crucial para maximizar a capacidade de carga útil e a eficiência operacional das aeronaves elétricas.

Segurança e gerenciamento térmico: A alta densidade de energia e a química complexa das baterias apresentam riscos de segurança, incluindo fuga térmica e potencial para incêndios. Sistemas eficazes de gerenciamento térmico são essenciais para controlar e dissipar o calor gerado pelas operações de carga e descarga de alta potência.

Infraestrutura de carregamento: Para aproveitar ao máximo a eletrificação da aviação, é necessário desenvolver uma infraestrutura de carregamento robusta e ampla. Estabelecer uma rede confiável de estações de recarga em vários aeroportos e locais pode impulsionar a adoção de aeronaves elétricas.

Custo: os custos da bateria continuam sendo um desafio significativo para a aviação elétrica. As tecnologias atuais de bateria, como íon-lítio, podem ser caras, impactando o custo geral de aeronaves elétricas. A redução de custos por meio de avanços na fabricação de baterias, economias de escala e pesquisas sobre produtos químicos alternativos para baterias são necessárias para tornar a aviação elétrica mais economicamente viável.

Impacto Ambiental: De acordo com a IEA, em 2021, a aviação foi responsável por mais de 2% das emissões globais de CO2 relacionadas à energia, tendo crescido mais rápido nas últimas décadas do que estradas, ferrovias ou transporte marítimo. Embora a aviação elétrica inegavelmente diminua as emissões de carbono e apoie a sustentabilidade ambiental, é imperativo levar em consideração as consequências ambientais associadas à produção e descarte de baterias.

Um sistema de bateria de aviação normalmente pode incluir a bateria principal usada para ligar os motores da aeronave e baterias auxiliares para alimentar funções essenciais da aeronave, como iluminação, aviônicos, sistemas de comunicação, sistemas de emergência e energia de reserva.

Northvolt e Cuberg revelaram um novo programa dedicado ao desenvolvimento de sistemas de bateria de alto desempenho que permitirão um voo elétrico seguro e sustentável. A célula de Cuberg hospeda um ânodo composto de metal de lítio puro (em vez de um ânodo de cobre revestido de grafite comumente usado de células de íon-lítio). Segundo Cuberg, suas células de metal de lítio de 20Ah, que possuem uma energia específica de 405 Wh/kg, funcionam conforme o esperado quando montadas em um módulo de bateria de aviação.

A energia específica do módulo Cuberg é até 40% maior do que módulos comparáveis ​​baseados na tecnologia de íons de lítio.

As métricas de desempenho do módulo de Cuberg são as seguintes:

Massa

16,4 kg

Tamanho

95 mm x 280 mm x 540 mm

energia nominal

4,6 kWh

Densidade de energia

320 Wh/L

Energia especifica