W najbliższą środę, 24 listopada, podczas najnowszego okrągłego stołu Driving in the Future omówiona zostanie, jak może wyglądać przyszłość kanadyjskiej produkcji akumulatorów. Niezależnie od tego, czy jesteś optymistą – naprawdę wierzysz, że do 2035 r. wszystkie samochody będą elektryczne – czy też uważasz, że nie osiągniemy tego ambitnego celu, samochody zasilane akumulatorami stanowią ważną część naszej przyszłości. Jeśli Kanada chce być częścią tej elektrycznej rewolucji, musimy znaleźć sposób, aby w przyszłości stać się wiodącym producentem samochodowych systemów zasilania. Aby zobaczyć, jak wygląda przyszłość, obejrzyj najnowsze obrady okrągłego stołu dotyczącego produkcji akumulatorów w Kanadzie w tę środę o 11:00 czasu wschodniego.
Zapomnij o bateriach półprzewodnikowych. To samo dotyczy całego szumu wokół anod krzemowych. Nawet osławiony akumulator aluminiowo-powietrzny, którego nie można naładować w domu, nie jest w stanie wstrząsnąć światem pojazdów elektrycznych.
Co to jest bateria strukturalna? Cóż, to jest dobre pytanie. Na szczęście dla mnie, który nie chce udawać, że nie mam wiedzy inżynierskiej, odpowiedź jest prosta. Obecne samochody elektryczne zasilane są z akumulatorów zainstalowanych w samochodzie. Och, znaleźliśmy nowy sposób na ukrycie ich jakości, polegający na wbudowaniu wszystkich akumulatorów litowo-jonowych w podłogę podwozia, tworząc platformę „deskorolkową”, która jest obecnie synonimem projektowania pojazdów elektrycznych. Ale nadal są oddzieleni od samochodu. Dodatek, jeśli chcesz.
Baterie strukturalne podważają ten paradygmat, tworząc całe podwozie z ogniw akumulatorowych. W pozornie wymarzonej przyszłości nie tylko podłoga nośna będzie, a nie akumulatorami, ale niektóre części nadwozia – słupki A, dachy, a nawet, jak wykazała instytucja badawcza, jest to możliwe. filtr powietrza w pomieszczeniu ciśnieniowym – nie tylko wyposażonym w baterie, ale w rzeczywistości składającym się z baterii. Według słów wielkiego Marshalla McLuhana samochód to akumulator.
Cóż, chociaż nowoczesne akumulatory litowo-jonowe wyglądają na zaawansowane technologicznie, są ciężkie. Gęstość energii litowo-jonowej jest znacznie mniejsza niż benzyny, dlatego aby osiągnąć taki sam zasięg jak w pojazdach na paliwa kopalne, akumulatory w nowoczesnych pojazdach elektrycznych są bardzo duże. Bardzo duży.
Co ważniejsze, są ciężkie. Takich jak ciężki w „szerokim obciążeniu”. Podstawowy wzór stosowany obecnie do obliczania gęstości energii akumulatora jest taki, że każdy kilogram jonów litu może wytworzyć około 250 watogodzin energii elektrycznej. Lub, mówiąc skrótowo, inżynierowie wolą 250 Wh/kg.
Zrób trochę matematyki, akumulator 100 kWh to jak Tesla podłączona do akumulatora Modelu S, co oznacza, że ​​gdziekolwiek się udasz, będziesz ciągnąć około 400 kg akumulatora. To najlepsza i najbardziej wydajna aplikacja. Dla nas, laików, dokładniejsze może być oszacowanie, że bateria o pojemności 100 kWh waży około 1000 funtów. Takie pół tony.
A teraz wyobraźcie sobie coś na wzór nowego Hummera SUT, który twierdzi, że ma na pokładzie moc do 213 kWh. Nawet jeśli generał znajdzie jakieś przełomy w wydajności, topowy Hummer i tak będzie ciągnął około tony akumulatorów. Tak, pojedzie dalej, ale przez te wszystkie dodatkowe zalety, wzrost zasięgu nie jest współmierny do podwojenia baterii. Oczywiście jego ciężarówka musi mieć mocniejszy – to znaczy mniej wydajny – silnik, który będzie do niej pasował. Wydajność lżejszych zamienników o krótszym zasięgu. Jak powie każdy inżynier motoryzacyjny (czy to pod względem prędkości, czy zużycia paliwa), waga jest wrogiem.
W tym miejscu z pomocą przychodzi bateria strukturalna. Budując samochody z akumulatorów, zamiast dodawać je do istniejących konstrukcji, większość dodatkowego ciężaru znika. Do pewnego stopnia – to znaczy, gdy wszystkie elementy konstrukcyjne zostaną zamienione na akumulatory – zwiększenie zasięgu samochodu prawie nie powoduje utraty masy.
Jak można się spodziewać – bo wiem, że siedzisz i myślisz „Co za świetny pomysł!” – istnieją przeszkody na drodze do tego sprytnego rozwiązania. Pierwszym z nich jest opanowanie umiejętności wytwarzania akumulatorów z materiałów, które można wykorzystać nie tylko jako anody i katody w dowolnej podstawowej baterii, ale także wystarczająco mocne – i bardzo lekkie! - Konstrukcję, która wytrzyma dwutonowy samochód i jego pasażerów i mamy nadzieję, że będzie bezpieczna.
Nic dziwnego, że dwoma głównymi elementami najpotężniejszego jak dotąd akumulatora konstrukcyjnego wyprodukowanego przez Politechnikę Chalmers i zainwestowanego przez Królewski Instytut Technologiczny KTH, dwie najsłynniejsze szwedzkie uczelnie inżynieryjne, są włókno węglowe i aluminium. Zasadniczo jako elektrodę ujemną stosuje się włókno węglowe; elektroda dodatnia wykorzystuje folię aluminiową pokrytą fosforanem litowo-żelazowym. Ponieważ włókno węglowe również przewodzi elektrony, nie ma potrzeby stosowania ciężkiego srebra i miedzi. Katoda i anoda są oddzielone matrycą z włókna szklanego, która zawiera również elektrolit, dzięki czemu nie tylko transportuje jony litu między elektrodami, ale także rozkłada obciążenie strukturalne między nimi. Napięcie nominalne każdego takiego ogniwa akumulatora wynosi 2,8 V i podobnie jak wszystkie obecne akumulatory pojazdów elektrycznych, można je łączyć w celu wytworzenia napięcia 400 V, a nawet 800 V, typowego dla pojazdów elektrycznych codziennego użytku.
Chociaż jest to wyraźny skok, nawet te zaawansowane technologicznie ogniwa w ogóle nie są gotowe na czas największej oglądalności. Ich gęstość energii wynosi zaledwie znikome 25 watogodzin na kilogram, a sztywność strukturalna wynosi 25 gigapaskali (GPa), czyli tylko trochę mocniej niż włókno szklane ramy. Jednak dzięki finansowaniu ze Szwedzkiej Narodowej Agencji Kosmicznej w najnowszej wersji zastosowano obecnie więcej włókna węglowego zamiast elektrod z folii aluminiowej, które według badaczy charakteryzują się sztywnością i gęstością energii. Oczekuje się, że te najnowsze akumulatory typu węgiel/węgiel będą wytwarzać do 75 watogodzin energii elektrycznej na kilogram i moduł Younga wynoszący 75 GPa. Ta gęstość energii może nadal pozostawać w tyle za tradycyjnymi akumulatorami litowo-jonowymi, ale ich sztywność strukturalna jest teraz lepsza niż w przypadku aluminium. Innymi słowy, akumulator diagonalny podwozia pojazdu elektrycznego wykonany z tych akumulatorów może być konstrukcyjnie równie mocny jak akumulator wykonany z aluminium, ale jego waga zostanie znacznie zmniejszona.
Pierwszym zastosowaniem tych zaawansowanych technologicznie akumulatorów jest prawie na pewno elektronika użytkowa. Profesor Chalmers Leif Asp powiedział: „W ciągu kilku lat całkowicie możliwe będzie wyprodukowanie smartfona, laptopa lub roweru elektrycznego, który będzie ważył tylko połowę dzisiejszej wagi i będzie bardziej kompaktowy”. Jednakże, jak zauważyła osoba odpowiedzialna za projekt: „Tutaj tak naprawdę ogranicza nas tylko nasza wyobraźnia”.
Akumulator to nie tylko podstawa nowoczesnych pojazdów elektrycznych, ale także jego najsłabsze ogniwo. Nawet najbardziej optymistyczna prognoza przewiduje jedynie dwukrotność obecnej gęstości energii. A co jeśli chcemy uzyskać niesamowity zasięg, który wszyscy obiecywaliśmy – a wydaje się, że ktoś co tydzień obiecuje 1000 kilometrów na jednym ładowaniu? — Będziemy musieli zrobić coś więcej niż dokładanie baterii do samochodów: będziemy musieli produkować samochody z baterii.
Eksperci twierdzą, że tymczasowa naprawa niektórych uszkodzonych tras, w tym autostrady Coquihalla, potrwa kilka miesięcy.
Postmedia stara się utrzymywać aktywne, ale prywatne forum dyskusyjne i zachęca wszystkich czytelników do dzielenia się swoimi opiniami na temat naszych artykułów. Zanim komentarze pojawią się w witrynie, może minąć do godziny. Prosimy, aby Twoje komentarze były istotne i pełne szacunku. Włączyliśmy powiadomienia e-mail — jeśli otrzymasz odpowiedź na komentarz, jeśli wątek komentarzy, który obserwujesz, zostanie zaktualizowany lub jeśli będziesz śledzić komentarz użytkownika, otrzymasz teraz wiadomość e-mail. Więcej informacji i szczegółów dotyczących dostosowywania ustawień poczty e-mail można znaleźć w naszych Wytycznych dla społeczności.