W nadchodzącą środę, 24 listopada, podczas ostatniego okrągłego stołu Driving into the Future omówiona zostanie przyszłość produkcji akumulatorów w Kanadzie.Niezależnie od tego, czy jesteś optymistą – naprawdę wierzysz, że do 2035 roku wszystkie samochody będą elektryczne – czy też uważasz, że nie osiągniemy tego ambitnego celu, samochody zasilane bateriami są ważną częścią naszej przyszłości.Jeśli Kanada chce być częścią tej rewolucji elektrycznej, musimy znaleźć sposób, aby w przyszłości stać się wiodącym producentem samochodowych systemów zasilania.Aby zobaczyć, jak wygląda przyszłość, obejrzyj najnowszy okrągły stół dotyczący produkcji akumulatorów w Kanadzie w środę o godzinie 11:00 czasu wschodniego.
Zapomnij o bateriach półprzewodnikowych.To samo dotyczy całego szumu wokół anod krzemowych.Nawet osławiony akumulator aluminiowo-powietrzny, którego nie można ładować w domu, nie może 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 są zasilane bateriami montowanymi w samochodzie.Och, znaleźliśmy nowy sposób na ukrycie ich jakości, polegający na wbudowaniu tych wszystkich akumulatorów litowo-jonowych w podłogę podwozia, tworząc platformę „deskorolkową”, która jest teraz synonimem projektowania samochodów elektrycznych.Ale nadal są oddzielone od samochodu.Dodatek, jeśli wolisz.
Baterie strukturalne podważają ten paradygmat, tworząc całe podwozie wykonane z ogniw akumulatorowych.W pozornie wymarzonej przyszłości nie tylko podłoga nośna będzie raczej niż akumulatorami, ale niektóre części nadwozia - słupki A, dachy, a nawet, jak wykazała instytucja badawcza, jest to możliwe. Pomieszczenie ciśnieniowe z filtrem powietrza - nie tylko wyposażone w baterie, ale w rzeczywistości utworzone przez baterie.Mówiąc słowami 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, więc aby osiągnąć taki sam zasięg jak pojazdy na paliwa kopalne, akumulatory w nowoczesnych pojazdach elektrycznych są bardzo duże.Bardzo duży.
Co ważne, są ciężkie.Takich jak ciężki w „szerokim obciążeniu”.Podstawowy wzór używany obecnie do obliczania gęstości energii baterii jest taki, że każdy kilogram litowo-jonowego może wytworzyć około 250 watogodzin energii elektrycznej.Lub w świecie skrótów, inżynierowie preferują 250 Wh/kg.
Zrób trochę matematyki, bateria 100 kWh jest jak Tesla podłączona do baterii Modelu S, co oznacza, że ​​gdziekolwiek się udasz, przeciągniesz około 400 kg baterii.To najlepsza i najbardziej wydajna aplikacja.Dla nas, laików, bardziej dokładne może być oszacowanie, że bateria o pojemności 100 kWh waży około 1000 funtów.Na przykład pół tony.
Teraz wyobraź sobie coś takiego jak nowy Hummer SUT, który twierdzi, że ma moc pokładową do 213 kWh.Nawet jeśli generał znajdzie jakieś przełomy w wydajności, topowy Hummer nadal będzie ciągnął około tony akumulatorów.Tak, pojedzie dalej, ale przez te wszystkie dodatkowe zalety zwiększenie zasięgu nie jest współmierne do podwojenia pojemności baterii.Oczywiście jego ciężarówka musi być wyposażona w mocniejszy — to znaczy mniej wydajny — silnik.Wydajność lżejszych alternatyw o krótszym zasięgu.Każdy inżynier motoryzacyjny (niezależnie od tego, czy chodzi o prędkość, czy o oszczędność paliwa) powie Ci, że ciężar jest wrogiem.
W tym miejscu wkracza bateria strukturalna. Budując samochody z akumulatorów zamiast dodawać je do istniejących konstrukcji, większość dodanej wagi znika.Do pewnego stopnia — to znaczy, gdy wszystkie elementy konstrukcyjne są przekształcane w akumulatory — zwiększenie zasięgu samochodu nie prowadzi do prawie zerowej utraty wagi.
Jak można się spodziewać – bo wiem, że siedzisz i myślisz „Co za wspaniały pomysł!” – istnieją przeszkody na drodze do tego sprytnego rozwiązania.Pierwszym z nich jest opanowanie umiejętności wykonywania baterii z materiałów, które mogą służyć nie tylko jako anody i katody do dowolnej podstawowej baterii, ale także wystarczająco mocne - i bardzo lekkie!-Konstrukcja, która może utrzymać dwutonowy samochód i jego pasażerów, i mamy nadzieję, że będzie bezpieczna.
Nic dziwnego, że dwoma głównymi komponentami najpotężniejszego jak dotąd akumulatora strukturalnego, wykonanego przez Chalmers University of Technology i zainwestowanego przez KTH Royal Institute of Technology, dwa najbardziej znane szwedzkie uniwersytety inżynieryjne, są włókno węglowe i aluminium.Zasadniczo włókno węglowe jest używane jako elektroda ujemna;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, więc nie tylko transportuje jony litu między elektrodami, ale także rozkłada obciążenie strukturalne między nimi.Nominalne napięcie każdego takiego ogniwa akumulatora wynosi 2,8 V i podobnie jak wszystkie obecne akumulatory pojazdów elektrycznych, można je łączyć, aby wytworzyć napięcie 400 V, a nawet 800 V, typowe dla codziennych pojazdów elektrycznych.
Chociaż jest to wyraźny skok, nawet te zaawansowane technologicznie komórki wcale nie są gotowe na najlepszy czas.Ich gęstość energii wynosi zaledwie 25 watogodzin na kilogram, a ich sztywność strukturalna wynosi 25 gigapaskali (GPa), czyli tylko trochę mocniej niż włókno szklane ramy.Jednak dzięki finansowaniu ze Szwedzkiej Narodowej Agencji Kosmicznej najnowsza wersja wykorzystuje teraz więcej włókien węglowych zamiast elektrod z folii aluminiowej, które według naukowców mają sztywność i gęstość energii.W rzeczywistości oczekuje się, że te najnowsze akumulatory węglowo-węglowe wyprodukują do 75 watogodzin energii elektrycznej na kilogram i moduł Younga na poziomie 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, diagonalna bateria podwozia pojazdu elektrycznego wykonana z tych baterii może być konstrukcyjnie tak mocna jak bateria wykonana z aluminium, ale waga zostanie znacznie zmniejszona.
Pierwszym zastosowaniem tych zaawansowanych technologicznie baterii jest prawie na pewno elektronika użytkowa.Profesor Chalmers, Leif Asp, powiedział: „W ciągu kilku lat całkowicie możliwe jest wyprodukowanie smartfona, laptopa lub roweru elektrycznego, który waży tylko o połowę mniej niż obecnie i jest bardziej kompaktowy”.Jednak, jak zauważyła osoba odpowiedzialna za projekt: „Tak naprawdę ogranicza nas tutaj tylko wyobraźnia”.
Akumulator to nie tylko podstawa nowoczesnych pojazdów elektrycznych, ale także jego najsłabsze ogniwo.Nawet najbardziej optymistyczna prognoza przewiduje tylko dwukrotność obecnej gęstości energii.Co jeśli chcemy uzyskać niesamowity zasięg, który wszyscy obiecaliśmy — a wygląda na to, że co tydzień ktoś obiecuje 1000 kilometrów na jednym ładowaniu?— Będziemy musieli zrobić coś lepszego niż dodawanie akumulatorów do samochodów: będziemy musieli robić samochody z akumulatorów.
Eksperci twierdzą, że tymczasowa naprawa niektórych uszkodzonych tras, w tym autostrady Coquihalla, potrwa kilka miesięcy.
Postmedia zobowiązuje się do utrzymywania aktywnego, ale prywatnego forum dyskusyjnego i zachęca wszystkich czytelników do dzielenia się swoimi opiniami na temat naszych artykułów.Zanim komentarze pojawią się na stronie, może minąć nawet godzina.Prosimy o merytoryczne i pełne szacunku komentarze.Włączyliśmy powiadomienia e-mail — jeśli otrzymasz odpowiedź na komentarz, jeśli wątek komentarzy, który obserwujesz, zostanie zaktualizowany lub jeśli obserwujesz komentarz użytkownika, otrzymasz wiadomość e-mail.Więcej informacji i szczegółów na temat dostosowywania ustawień poczty e-mail można znaleźć w naszych Wytycznych dla społeczności.