Compania chinezească CATL a anunţat baterii de o densitate record, care va permite utilizarea lor pe avioane electrice de pasageri

Acum un an, publicam un articol amplu în care explicam cum au evoluat bateriile electrice în ultimii ani şi analizam ce înseamnă densitate energetică a unei baterii şi care sunt parametrii de vârf atinşi la acel moment în industrie. Acum din China vin veşti fascinante, care anunţă baterii de o densitate energetică record, care va permite utilizarea lor fezabilă pe avioane electrice cu pasageri.

Recapitulând pe scurt, densitatea energetică a unei baterii e capacitatea ei de stocare a electricităţii, raportată la greutatea sa, valoarea fiind exprimată în Wh/kg. De această densitate depinde direct cât va trebui să cântărească o baterie de o capacitate dorită, de 100 kWh, sau de 200 kWh, de exemplu. Cu cât densitatea energetică e mai mare, cu atât mai puţin va cântări o baterie, iar în acel articol spuneam că maşinile electrice moderne au densităţi de circa 100-160 Wh/kg, cu unele excepţii în care prototipul Mercedes EQXX, spre exemplu, avea circa 200 Wh/kg. Mai spuneam că în China mai există producători care folosesc baterii cu 180-200 Wh/kg, iar CATL, cea mai mare companie chinezească producătoare de baterii şi deţinătoare a unei cote de peste un sfert din producţia globală, începuse a produce baterii de 265 Wh/kg, însă ele nu fuseseră implementate deocamdată pe maşini de serie.

Mai spuneam atunci că industria bateriilor electrice ajunseseră la un consens că, atunci când tehnologia bateriilor va ajunge la o densitate energetică de 500 Wh/kg, se va trece de un punct de rubicon, de la care vor fi posibile şi fezabile mult mai multe lucruri şi tipuri de transport electric. Ei bine, anunţul de acum al celor de la CATL anunţă exact asta — baterii de 500 Wh/kg, care sunt atât de dense energetic, încât fac posibilă utilizarea lor realistă pe avioane mari cu pasageri, spun aceştia. Până acum, avioanele electrice concepute şi aflate în stadiu de dezvoltare pre-producţie sunt de dimensiuni mai mici, de tipul avioanelor mici cargo sau agricole, ori de mărimea unor jeturi private pentru oameni de afaceri. Nimeni nu a proiectat deocamdată un avion mare electric, destinat transportării de pasageri la distanţe de mii de kilometri, pentru că acest lucru e imposibil din cauza greutăţii prea mari a bateriilor, iar în aviaţie greutatea e critică. Nu poţi adăuga pur şi simplu baterii la infinit, ca pe un Hummer EV, pentru că avionul devine prea greu şi trebuie să renunţe la sarcină utilă pentru a mai putea zbura, adică trebuie să transporte mai puţini pasageri şi bagaje.

Foto: Avionul electric Eviation Alice, de dimensiuni compacte

Cei de la CATL au anunţat că pot pune în producţia de serie aceste baterii cât de curând, deci nu e vorba de un prototip, sau o tehnologie experimentală, ci de un produs adus deja la etapa de serie. Cei de la CATL nu spun foarte multe de tehnologie, însă menţionează că o asemenea densitate a fost atinsă datorită electroliţilor cu consistenţă biomimetică, cu o reţea structurală autoadaptabilă la nivel de microni, care-şi poate ajusta forţele de interacţiune dintre lanţuri, îmbunătăţind performanţa conductivă şi eficienţa mişcării ionilor de litiu, această adaptarea continuă îmbunătăţeşte în acelaşi timp stabilitatea microstructurilor.

Chinezii spun că materialele ultra-dense din catod şi anod, precum şi separatoarele, dar şi tehnologia de producţie a lor într-o baterie întreagă le permite un flux energetic mult mai mare la descărcare şi încărcare, ceea ce înseamnă efectiv că bateriile vor putea fi încărcate la puteri mai mari şi vor putea susţine puteri mai mari ale electromotoarelor. Cei de la CATL mai spun că au testat siguranţa acestora şi sunt convinşi că pot oferi un nivel de siguranţă pe măsura standardelor din aviaţie, când rateurile nu pot fi admise în niciun fel. CATL spune că deja a livrat câteva asemenea baterii companiilor care lucrează la avioane electrice pentru a le testa împreună pe avioanele din dezvoltare curentă sau cele viitoare, mai mari.

Foto: Motorul electric cu elice al avionului compact Eviation Alice

Faptul că aceste baterii pot susţine un flux energetic constant mult mai mare ar însemna capacitatea lor de a asigura fluxul energetic necesar unor motoare mari şi puternice de avion, care ar avea nevoie de MW putere, mai ales la decolare. De asemenea, asta ar însemna că ele ar putea stoca suficientă energie cât să asigure curse mai lungi. E greu deocamdată să estimăm cât ar putea consuma un avion electric mare de pasageri, pentru că asemenea avioane nu există. Un Boeing 737 consumă cam 3.200 litri de combustibil pe oră. Avionul are o capacitate de 6.875 de galoane în rezervor, deci circa 26.000 litri, ceea ce-i asigură o autonomie de zbor de circa 5.080 km. Acest volum de kerosen în rezervoare cântăreşte circa 21.200 kg. Deci, dacă e să judecăm că ar vrea cineva să facă un avion electric de talia lui Boeing 737-800, ar trebui să se încadreze în baterii de circa 21 tone. Dar aici ar trebui luat în consideraţie faptul că greutatea maximă de aterizare a unui Boeing 737-800 e cu vreo 13 tone mai mică decât cea maximă de decolare, iar bateriile nu devin mai uşoare odată cu zborul. Prin urmare, greutatea lor e limitată de greutatea maximă la aterizare, nu de cea la decolare, iar asta ar însemna vreo 8 tone disponibile rămase în cazul lui Boeing, fără alte modificări constructive.

Foto: Un Boeing 737-800

Însă cu siguranţă asemenea modificări constructive sunt necesare, începând de la o eventuală suprafaţă diferită a aripilor pentru a spori greutatea admisibilă de aterizare până la renunţarea la unele elemente ce sunt valabile doar pentru motoarele cu reacţie. Nu ştim cu cât va fi mai uşor un motor de putere similară, dar propulsat electric, în raport cu unul cu reacţie. Şi nu ştim cât se va economisi în tot soiul de canale de combustibil eliminate şi înlocuite cu cablaje. Dar, judecând într-o marjă estimativă cuprinsă între 8 tone şi vreo 16 de tone de baterii, aici devine crucială densitatea energetică de 500 Wh/kg, anunţată pentru noile baterii CATL.

Cu o asemenea densitate energetică, 8.000 kg de baterii vor însemna o capacitate de 4.000 kWh, sau 4 MWh. La 16 tone de baterii vom avea 8 MWh de electricitate stocată.

Combustibilul de avion are o densitate energetică de 10,4 kWh/litru, deci 26 mii litri necesari pentru a asigura autonomia de 5.080 km ar însemna 270 MWh de energie stocată direct. Randamentul motoarelor cu reacţie de pe avioanele moderne e de circa 50%, deci doar 135 MWh sunt convertiţi direct în forţă de propulsie. Fără a lua în calcul toate pierderile energetice minime ale electromotoarelor, am putea estima că un avion electric de talia lui Boeing 737-800 ar avea nevoie de baterii de 135 MWh pentru a obţine aceeaşi autonomie maximă de 5.080 km. Mai trebuie să luăm în calcul şi câteva tone în minus de greutate, cauzate de echivalarea greutăţii de decolare cu cea de aterizare, tone care, raportate la greutatea totală a avionului şi scăderea greutăţii în timpul zborului pentru un Boeing, ne-ar aduce la necesitatea unor baterii de circa 120 MWh capacitate. Destul de departe de cele 8 MWh posibile cu noile baterii de 500 Wh/kg ale CATL, deci. Teoretic, ca să asigurăm 120 MWh de baterii, am avea de 240 de tone de asemenea baterii. Întreg Boeing 737-800 la decolare, cu tot cu masa proprie, combustibil, pasageri şi bagaje, cântăreşte 79 tone.

Aşadar, 500 Wh/kg sună impresionant pentru transportul terestru, cum ar fi maşinile sau camioanele, dar deocamdată nu pare să fie o soluţie magică pentru avioane. Cel mai probabil, cei de la CATL în declaraţiile lor menţionează deocamdată o primă etapă de avioane de pasageri mai mici, cu vreo 20-50 locuri maxim, şi cu vreo 1.500-2.000 km autonomie totală. Acolo ecuaţiile pot fi mai fezabile, teoretic, datorită greutăţii mai mici a avionului, sarcini utile mai mici, şi distanţelor regionale pentru care sunt folosite avioanele din clasa asta. Pentru avioanele medii cele mai folosite, însă, precum cele de talia lui Boeing 737-800 pe care le-am luat azi în calcul, e nevoie de densitate energetică mult mai mare de atât, cam de 6-10 ori mai mare, pentru ca ele să devină cu adevărat fezabile. Poate vom ajunge şi acolo, poate chiar mai curând decât am aştepta. Iar calculele de mai sus arată mult mai clar tabloul a ceea ce înseamnă un avion teoretic şi de ce capacităţi şi densităţi e nevoie.