În viitoarea miercuri, 24 noiembrie, cea mai recentă masă rotundă din Driving into the Future va discuta cum ar putea arăta viitorul producției de baterii din Canada. Fie că ești un optimist - chiar crezi că toate mașinile vor fi electrice până în 2035 - sau crezi că nu vom atinge acest obiectiv ambițios, mașinile alimentate cu baterii sunt o parte importantă a viitorului nostru. Dacă Canada dorește să facă parte din această revoluție electrică, trebuie să găsim o modalitate de a deveni liderul producătorului de sisteme de alimentare pentru automobile în viitor. Pentru a vedea cum arată viitorul, urmăriți cea mai recentă masă rotundă privind fabricarea bateriilor pentru noi în Canada miercuri, la ora 11:00, ora de Est.
Uită de bateriile cu stare solidă. Același lucru este valabil și pentru tot hype-ul despre anozii de siliciu. Chiar și lăudatul baterie aluminiu-aer care nu poate fi încărcată acasă nu poate zgudui lumea vehiculelor electrice.
Ce este o baterie structurală? Ei bine, aceasta este o întrebare bună. Din fericire pentru mine, care nu vreau să pretind că nu am expertiză în inginerie, răspunsul este simplu. Mașinile electrice actuale sunt alimentate de bateriile instalate în mașină. Oh, am găsit o nouă modalitate de a le ascunde calitatea, care este să construim toate aceste baterii litiu-ion în podeaua șasiului, creând o platformă „skateboard” care este acum sinonimă cu designul EV. Dar sunt încă separate de mașină. Un supliment, dacă vrei.
Bateriile structurale subminează această paradigmă făcând întregul șasiu făcut din celule de baterie. Într-un viitor aparent de vis, nu numai podeaua portantă va fi, mai degrabă decât să conțină baterii, ci anumite părți ale corpului - stâlpi A, acoperișuri și chiar, după cum a arătat o instituție de cercetare, este posibil. filtru de aer camera presurizata-nu doar echipata cu baterii, ci constituita de fapt din baterii. În cuvintele marelui Marshall McLuhan, o mașină este o baterie.
Ei bine, deși bateriile moderne litiu-ion arată de înaltă tehnologie, sunt grele. Densitatea energetică a ionului de litiu este mult mai mică decât cea a benzinei, așa că pentru a atinge aceeași gamă ca și vehiculele pe combustibili fosili, bateriile vehiculelor electrice moderne sunt foarte mari. Foarte mare.
Mai important, sunt grele. Cum ar fi grele în „încărcare largă”. Formula de bază utilizată în prezent pentru a calcula densitatea de energie a unei baterii este că fiecare kilogram de ion de litiu poate genera aproximativ 250 de wați-oră de electricitate. Sau în lumea abrevierilor, inginerii preferă, 250 Wh/kg.
Fă puțină matematică, o baterie de 100 kWh este ca un Tesla conectat la o baterie Model S, ceea ce înseamnă că oriunde te-ai duce, vei trage aproximativ 400 kg de baterie. Aceasta este cea mai bună și mai eficientă aplicație. Pentru noi, profanii, poate fi mai corect să estimăm că o baterie de 100 kWh cântărește aproximativ 1.000 de lire sterline. Cum ar fi o jumătate de tonă.
Acum imaginați-vă ceva de genul noului Hummer SUT, care pretinde că are o putere la bord de până la 213 kWh. Chiar dacă generalul găsește unele progrese în eficiență, Hummer-ul de top va trage în continuare aproximativ o tonă de baterii. Da, va conduce mai departe, dar din cauza tuturor acestor avantaje suplimentare, creșterea autonomiei nu este proporțională cu dublarea bateriei. Desigur, camionul său trebuie să aibă un motor mai puternic, adică mai puțin eficient, care să se potrivească. Performanța alternativelor mai ușoare, cu rază mai scurtă. După cum vă va spune fiecare inginer auto (fie pentru viteză sau economie de combustibil), greutatea este inamicul.
Aici intervine bateria structurală. Construind mașini din baterii, în loc să le adăugați la structurile existente, cea mai mare parte a greutății adăugate dispare. Într-o anumită măsură, adică atunci când toate lucrurile structurale sunt transformate în baterii, creșterea autonomiei de croazieră a mașinii duce la aproape nicio pierdere în greutate.
După cum v-ați aștepta - pentru că știu că stați acolo gândindu-vă „Ce idee grozavă!” - există obstacole în calea acestei soluții inteligente. Primul este să stăpânești capacitatea de a face baterii din materiale care pot fi folosite nu numai ca anozi și catozi pentru orice baterie de bază, ci și la fel de puternice - și foarte ușoare! -O structură care poate susține o mașină de două tone și pasagerii acesteia, și se speră că va fi în siguranță.
Nu este surprinzător că cele două componente principale ale celei mai puternice baterii structurale de până acum, realizate de Universitatea de Tehnologie Chalmers și investite de KTH Royal Institute of Technology, cele mai faimoase universități de inginerie din Suedia, sunt fibra de carbon și aluminiul. În esență, fibra de carbon este folosită ca electrod negativ; electrodul pozitiv folosește folie de aluminiu acoperită cu litiu fier fosfat. Deoarece fibra de carbon conduce și electronii, nu este nevoie de argint și cupru grele. Catodul și anodul sunt ținute separate printr-o matrice din fibră de sticlă care conține și un electrolit, astfel încât nu numai că transportă ioni de litiu între electrozi, ci și distribuie sarcina structurală între cei doi. Tensiunea nominală a fiecărei astfel de celule de baterie este de 2,8 volți și, la fel ca toate bateriile actuale de vehicule electrice, poate fi combinată pentru a produce 400V sau chiar 800V obișnuiți vehiculelor electrice de zi cu zi.
Deși acesta este un salt clar, chiar și aceste celule high-tech nu sunt deloc pregătite pentru prime time. Densitatea lor energetică este de doar 25 wați-oră pe kilogram, iar rigiditatea lor structurală este de 25 gigapascali (GPa), care este doar puțin mai puternică decât fibra de sticlă a cadrului. Cu toate acestea, cu finanțare de la Agenția Spațială Națională Suedeză, cea mai recentă versiune folosește acum mai multă fibră de carbon în loc de electrozi din folie de aluminiu, despre care cercetătorii susțin că au rigiditate și densitate energetică. De fapt, aceste baterii de ultimă generație cu carbon/carbon sunt de așteptat să producă până la 75 de wați-oră de electricitate pe kilogram și un modul Young de 75 GPa. Această densitate de energie poate rămâne în continuare în urma bateriilor tradiționale cu litiu-ion, dar rigiditatea sa structurală este acum mai bună decât aluminiul. Cu alte cuvinte, bateria diagonală a șasiului vehiculului electric realizată din aceste baterii poate fi structural la fel de puternică ca și bateria din aluminiu, dar greutatea va fi mult redusă.
Prima utilizare a acestor baterii high-tech este aproape sigur electronicele de larg consum. Profesorul Chalmers Leif Asp a spus: „În câțiva ani, este complet posibil să se realizeze un smartphone, un laptop sau o bicicletă electrică care să aibă doar jumătate din greutatea de astăzi și să fie mai compactă”. Cu toate acestea, așa cum a subliniat responsabilul proiectului, „Noi, este într-adevăr limitat doar de imaginația noastră aici”.
Bateria nu este doar baza vehiculelor electrice moderne, ci și cea mai slabă verigă a sa. Chiar și cea mai optimistă prognoză poate vedea doar de două ori densitatea actuală de energie. Ce se întâmplă dacă vrem să obținem autonomia incredibilă pe care toți am promis-o - și se pare că cineva în fiecare săptămână promite 1.000 de kilometri per încărcare? — Va trebui să facem mai bine decât să adăugăm baterii la mașini: va trebui să facem mașini din baterii.
Experții spun că reparația temporară a unor trasee avariate, inclusiv autostrada Coquihalla, va dura câteva luni.
Postmedia se angajează să mențină un forum de discuții activ, dar privat și încurajează toți cititorii să-și împărtășească opiniile despre articolele noastre. Poate dura până la o oră până când comentariile apar pe site. Vă rugăm să păstrați comentariile relevante și respectuoase. Am activat notificările prin e-mail - dacă primiți un răspuns la comentariu, dacă un fir de comentarii pe care îl urmăriți este actualizat sau dacă urmați comentariul unui utilizator, veți primi acum un e-mail. Vă rugăm să vizitați Regulile comunității pentru mai multe informații și detalii despre cum să ajustați setările de e-mail.