Forskare vid Ohio State University Center for Automotive Research har skapat nya datormodeller för att förutsäga batteriernas livslängd och prestanda som kan driva vissa passagerarflygplan - ett steg framåt för renare, effektivare flygresor.

Modellerna visar att tillsats av litiumjonbatterier till ett regionalt flygplan kan minska flygplanets bränslebehov med upp till 20 procent, sa forskarna.

Teamet presenterade resultaten förra veckan vid American Institute of Aeronautics and Astronautics Electric Aircraft Technologies Symposium i Indianapolis.

"Vi arbetar med sätt att göra flygresor mindre kolintensiva, "sa Marcello Canova, en co-presentatör och docent i mekanisk och rymdteknik vid Ohio State. "Litiumjonbatterier, inklusive den teknik som är kommersiellt tillgänglig idag, verkar vara ett lovande alternativ. "

Forskningen bedrivs under NASA:s University Leadership Initiative -program, och fokuserar på att utvärdera avvägningarna mellan bränslebesparingar och batteripaketets storlek, vikt och kostnader, samtidigt som den inkluderar kolpåverkan av den elektricitet som är nödvändig för att ladda batteriet. De modeller och verktyg som utvecklats var ett gemensamt arbete mellan forskare vid Ohio State och Georgia Institute of Technology, och kan hjälpa flygplan- och flygplanbatteridesigners att bättre förstå hur ett flygplans design påverkar dess förmåga att drivas av ett batteri.

I preliminära konstruktioner, forskarna fokuserade på litiumjonbatterier som kan komplettera kraften som produceras av motorerna i en regional jet-en som färdas 600 kilometer eller färre mil, med 50 till 100 passagerare.

Deras modell visade i tester att ett batteri har förmågan att driva cirka 30 procent av den totala effekten som krävs för att ett flygplan ska klättra till marschhöjd, och cirka 20 procent av den effekt som krävs för kryssning.

Det kan minska halterna av koldioxid - en primär drivkraft för klimatförändringarna - som flygplan bidrar till atmosfären. Flygresor bidrar med cirka 2 procent av koldioxiden som människor sätter in i jordens atmosfär, enligt Air Transit Action Group. Denna forskargrupp, ledd av Ohio State och fyra andra universitet, har finansierats av NASA för att hitta nya, mindre kolintensiva sätt att driva flygresor.

"Vårt team fokuserar på att utvärdera genomförbarheten och ekonomin för att införa litiumjonbatterier för flygresor, "Canova sa." Och vi arbetar med sätten att göra det säkert och pålitligt. "

Deras arbete överväger också hur man kan effektivisera batterier för flygresor. Batterier som driver bilar skiljer sig från de som hjälper till att driva flygplan, Canova sa:Flygplansbatterier måste följa en mer strikt vikt, säkerhet, hållbarhets- och tillförlitlighetsstandarder.

Men batterierna försämras med användning, erbjuder mindre kraft över tiden och minskar räckvidden för ett flygplan. Den försämringen betyder också att mindre ström finns tillgänglig för att hjälpa ett flygplan att accelerera och nå sin maximala hastighet. Temperatur påverkar batterier, också.

För att lägga grunden för ett bättre batteri, Canova sa, laget byggde en datormodell av ett elektro-termiskt batteripaket och lade till en algoritm som simulerade effekterna av tid och användning på batterier. Sedan testade de för att se hur modellen fungerade efter upprepad användning och under olika temperaturer.

Teamet planerade att batteriet skulle användas för sex flygningar per dag, och beräknade den effekt som behövs för start, klättrande, kryssning, landning och taxering till landningsbanan. De tilldelade en timme mellan flygningar för att ladda batteriet, och antog att förpackningen kunde användas i två år, 24 timmar per dygn, sju dagar i veckan.

De fann att batteriets prestanda är begränsad av att kapaciteten bleknar, en term som används för att beskriva energiförlust i ett batteri över tid. Och de fann den tiden, inte använda, är den främsta drivkraften för batteriförsämring.

Vad de utvecklat, Canova sa, är i huvudsak ett verktyg som kan användas för att förutsäga effekten stressorer som åldrande och användning kan ha på ett litiumjonbatteri som driver ett regionalt flygplan, vilket är en mycket viktig faktor vid utvärdering av kostnader och fördelar med att införa denna teknik inom flygresor.