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Jun 09, 2023

Explorer les défis et les progrès de la mobilité aérienne urbaine

Marie Guerra | 07 juin 2023 Progrès de la propulsion électrique, technologie des batteries,

Marie Guerra | 07 juin 2023

Les progrès de la propulsion électrique, de la technologie des batteries, des matériaux légers et des systèmes autonomes ont ouvert la voie à l'aviation électrifiée. Ces développements technologiques ont ouvert des opportunités aux startups pour créer des solutions innovantes pour les avions à décollage et atterrissage verticaux électriques (eVTOL) : nous en avons examiné 11 récemment. Mais de nombreux défis demeurent.

Alors que la technologie des batteries est un catalyseur crucial de l'aviation électrique, plusieurs défis doivent être relevés pour l'adoption généralisée des avions eVTOL. Certains des défis importants comprennent les suivants :

Densité d'énergie des batteries : L'aviation électrique nécessite des batteries à haute densité d'énergie pour fournir une puissance suffisante pour des distances de vol étendues tout en maintenant la sécurité et la fiabilité.

Autonomie et autonomie de la batterie : la densité d'énergie limitée limite l'autonomie et l'autonomie de vol des avions électriques. L'augmentation de la gamme d'avions électriques pour répondre aux exigences des applications aéronautiques conventionnelles à énergie fossile, telles que les voyages régionaux ou les vols long-courriers, reste un défi.

Poids et volume de la batterie : Le poids est un facteur critique dans l'aviation, car il affecte directement les performances, la capacité de charge utile et l'efficacité de l'avion. Les systèmes de batterie peuvent être lourds, ce qui a un impact sur le poids total de l'avion. Par conséquent, réduire le poids des batteries tout en maintenant leur capacité de stockage d'énergie est crucial pour maximiser la capacité de charge utile et l'efficacité opérationnelle des avions électriques.

Sécurité et gestion thermique : la densité énergétique élevée et la chimie complexe des batteries présentent des risques pour la sécurité, notamment l'emballement thermique et le risque d'incendie. Des systèmes de gestion thermique efficaces sont essentiels pour contrôler et dissiper la chaleur générée par les opérations de charge et de décharge à haute puissance.

Infrastructure de recharge : Pour tirer pleinement parti de l'électrification de l'aviation, il est nécessaire de développer une infrastructure de recharge robuste et étendue. L'établissement d'un réseau fiable de bornes de recharge dans divers aéroports et lieux peut stimuler l'adoption des avions électriques.

Coût : Le coût des batteries reste un défi important pour l'aviation électrique. Les technologies de batterie actuelles, telles que le lithium-ion, peuvent être coûteuses, ce qui a un impact sur le coût global des avions électriques. La réduction des coûts grâce aux progrès de la fabrication des batteries, aux économies d'échelle et à la recherche de chimies alternatives pour les batteries est nécessaire pour rendre l'aviation électrique plus viable économiquement.

Impact environnemental : selon l'AIE, en 2021, l'aviation représentait plus de 2 % des émissions mondiales de CO2 liées à l'énergie, ayant augmenté plus rapidement au cours des dernières décennies que la route, le rail ou le transport maritime. Alors que l'aviation électrique réduit indéniablement les émissions de carbone et soutient la durabilité environnementale, il est impératif de prendre en compte les conséquences environnementales associées à la production et à l'élimination des batteries.

Un système de batterie d'aviation peut généralement comprendre la batterie principale utilisée pour démarrer les moteurs de l'avion et des batteries auxiliaires pour alimenter les fonctions essentielles de l'avion telles que l'éclairage, l'avionique, les systèmes de communication, les systèmes d'urgence et l'alimentation de secours.

Northvolt et Cuberg ont dévoilé un nouveau programme dédié au développement de systèmes de batteries hautes performances qui permettront un vol électrique sûr et durable. La cellule de Cuberg héberge une anode composée de lithium métallique pur (au lieu d'une anode en cuivre revêtue de graphite couramment utilisée pour les cellules lithium-ion). Selon Cuberg, ses cellules au lithium métal de 20 Ah, qui ont une énergie spécifique de 405 Wh/kg, fonctionnent comme prévu lorsqu'elles sont assemblées dans un module de batterie d'aviation.

L'énergie spécifique du module Cuberg est jusqu'à 40 % supérieure à celle des modules comparables basés sur la technologie lithium-ion.

Les métriques de performance des modules de Cuberg sont les suivantes :

Masse

16,4 kg

Taille

95 mm x 280 mm x 540 mm

Énergie nominale

4,6 kWh

Densité d'énergie

320 Wh/L

Énergie spécifique

280 Wh/kg

Peter Carlsson, PDG et cofondateur de Northvolt, a déclaré : « Northvolt s'impose comme l'un des principaux fournisseurs mondiaux de cellules de batterie durables pour le segment automobile ainsi que de systèmes de batterie complets pour les marchés de l'industrie lourde et du stockage d'énergie. Avec notre programme de systèmes aéronautiques , nous tirerons parti de la technologie de pile au lithium métal de nouvelle génération de Cuberg ainsi que de notre expérience de fabrication de batteries pour apporter des solutions énergétiques de bout en bout dans le ciel. »

Partout dans le monde, les startups stimulent activement l'accélération de la mobilité aérienne avancée. Les entreprises utilisent différentes approches, telles que la conception d'avions hybrides ou tout électriques innovants et le développement d'avions eVTOL. Des partenariats et des collaborations ne cessent d'être annoncés, comme celui entre Renault et Airbus dont nous avons parlé dans cet article. Voici l'une des startups de l'avion électrique qui décolle :

Archer Aviation : Archer, un avion eVTOL américain en développement dont le siège est à San Jose, en Californie, vise l'achèvement de l'assemblage final de son avion Midnight conforme initial au quatrième trimestre 2023 et le début des opérations d'essais en vol pilotés au début de 2024. Cet avion Midnight permettra Archer effectuera des "tests d'entreprise" critiques pour accélérer et réduire les risques de son programme de certification avec la Federal Aviation Administration (FAA) avant les tests de certification "pour crédit" que la société prévoit de commencer au début de l'année prochaine avec des avions pilotés Midnight.

Le plan d'Archer est de déployer 6000 avions d'ici 2030.

Archer affirme que son avion Midnight est capable de parcourir des distances allant jusqu'à 100 milles, mais optimisé pour effectuer des vols consécutifs de 20 milles avec 12 minutes de temps de charge entre les deux, à un coût qui, selon Archer, sera compétitif avec le covoiturage au sol. La conception Midnight contient plus de 1 000 livres de charge utile et l'avion peut accueillir quatre passagers plus un pilote. Il est alimenté par six batteries indépendantes, chacune prenant en charge une paire de moteurs électriques.

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