V prihajajočo sredo, 24. novembra, bo najnovejša okrogla miza Driving into the Future razpravljala o tem, kakšna bi lahko bila prihodnost kanadske proizvodnje baterij. Ne glede na to, ali ste optimist – resnično verjamete, da bodo do leta 2035 vsi avtomobili električni – ali mislite, da ne bomo dosegli tega ambicioznega cilja, so avtomobili na baterije pomemben del naše prihodnosti. Če Kanada želi biti del te električne revolucije, moramo najti način, da postanemo vodilni proizvajalec avtomobilskih energetskih sistemov v prihodnosti. Če si želite ogledati, kakšna je prihodnost, si oglejte najnovejšo okroglo mizo o proizvodnji baterij za nas v Kanadi to sredo ob 11:00 zjutraj po vzhodnem času.
Pozabite na polprevodniške baterije. Enako velja za ves hype o silicijevih anodah. Tudi hvaljena aluminijsko-zračna baterija, ki je ni mogoče polniti doma, ne more zamajati sveta električnih vozil.
Kaj je strukturna baterija? No, to je dobro vprašanje. Na mojo srečo, ki se ne želim pretvarjati, da morda nimam inženirskega znanja, je odgovor preprost. Trenutni električni avtomobili se napajajo iz baterij, nameščenih v avtomobilu. Oh, našli smo nov način za skrivanje njihove kakovosti, to je, da vse te litij-ionske baterije vgradimo v tla šasije in ustvarimo platformo za "rolko", ki je zdaj sinonim za dizajn električnih vozil. Vendar so še vedno ločeni od avtomobila. Dodatek, če želite.
Strukturne baterije spodkopavajo to paradigmo tako, da celotno ohišje sestavljajo baterijske celice. V navidezno sanjski prihodnosti ne bodo le nosilna tla namesto baterij, ampak nekateri deli karoserije - A-stebrički, strehe in celo, kot je pokazala raziskovalna ustanova, je možno, prostor pod tlakom z zračnim filtrom, ki ni samo opremljen z baterijami, ampak dejansko sestavljen iz baterij. Po besedah ​​velikega Marshalla McLuhana je avto baterija.
No, čeprav so sodobne litij-ionske baterije videti visokotehnološke, so težke. Energijska gostota litijevega iona je veliko manjša kot pri bencinu, zato so baterije v sodobnih električnih vozilih zelo velike, da bi dosegli enak doseg kot pri vozilih na fosilna goriva. Zelo velik.
Še pomembneje pa je, da so težki. Na primer težka v "široki obremenitvi". Osnovna formula, ki se trenutno uporablja za izračun energijske gostote baterije, je, da lahko vsak kilogram litijevega iona proizvede približno 250 vatnih ur električne energije. Ali v svetu okrajšav, inženirji raje, 250 Wh/kg.
Malo računaj, 100 kWh baterija je kot tesla priklopljena na baterijo modela S, kar pomeni, da kamorkoli greš, boš vlekel cca 400 kg baterije. To je najboljša in najučinkovitejša aplikacija. Za nas laike je morda bolj natančna ocena, da 100 kWh baterija tehta približno 1000 funtov. Kot na primer pol tone.
Zdaj pa si predstavljajte nekaj podobnega novemu Hummerju SUT, ki trdi, da ima vgrajeno moč do 213 kWh. Tudi če general najde nekaj prebojev v učinkovitosti, bo vrhunski Hummer še vedno vlekel približno tono baterij. Da, vozil bo dlje, a zaradi vseh teh dodatnih prednosti povečanje dosega ni sorazmerno s podvojitvijo baterije. Seveda mora imeti njegov tovornjak zmogljivejši — torej manj učinkovit — motor. Zmogljivost lažjih alternativ s krajšim dosegom. Kot vam bo povedal vsak avtomobilski inženir (bodisi za hitrost ali ekonomično porabo goriva), je teža sovražnik.
Tu nastopi strukturna baterija. Z gradnjo avtomobilov iz baterij, namesto da bi jih dodali obstoječim strukturam, večina dodane teže izgine. Do določene mere – to je, ko se vse strukturne stvari pretvorijo v baterije – povečanje dosega avtomobila skoraj ne povzroči izgube teže.
Kot bi pričakovali – ker vem, da sedite tam in razmišljate »Kakšna odlična ideja!« – obstajajo ovire za to pametno rešitev. Prvi je obvladati sposobnost izdelave baterij iz materialov, ki jih je mogoče uporabiti ne le kot anode in katode za katero koli osnovno baterijo, temveč tudi kot dovolj močne – in zelo lahke! - Struktura, ki lahko podpira dvotonski avto in njegove potnike, in upamo, da bo varna.
Ni presenetljivo, da sta dve glavni komponenti najmočnejše strukturne baterije doslej, ki jo je izdelala Tehnološka univerza Chalmers in vložil KTH Royal Institute of Technology, dve najbolj znani švedski inženirski univerzi, ogljikova vlakna in aluminij. V bistvu se kot negativna elektroda uporabljajo ogljikova vlakna; pozitivna elektroda uporablja aluminijasto folijo, prevlečeno z litijevim železovim fosfatom. Ker ogljikova vlakna prevajajo tudi elektrone, ni potrebe po težkem srebru in bakru. Katoda in anoda sta ločeni z matriko iz steklenih vlaken, ki vsebuje tudi elektrolit, tako da ne le prenaša litijeve ione med elektrodama, ampak tudi porazdeli strukturno obremenitev med obema. Nazivna napetost vsake take baterijske celice je 2,8 volta in kot vse trenutne baterije za električna vozila jo je mogoče združiti za proizvodnjo 400 V ali celo 800 V, ki je običajna za vsakodnevna električna vozila.
Čeprav je to očiten preskok, tudi te visokotehnološke celice sploh niso pripravljene na najboljši čas. Njihova energijska gostota je le zanemarljivih 25 vatnih ur na kilogram, strukturna togost pa 25 gigapaskalov (GPa), kar je le malenkost močnejše od steklenih vlaken okvirja. Vendar pa s financiranjem Švedske nacionalne vesoljske agencije najnovejša različica zdaj uporablja več ogljikovih vlaken namesto elektrod iz aluminijaste folije, za katere raziskovalci trdijo, da imajo togost in energijsko gostoto. Pravzaprav se pričakuje, da bodo te najnovejše ogljikove/ogljične baterije proizvedle do 75 vatnih ur električne energije na kilogram in Youngov modul 75 GPa. Ta gostota energije morda še vedno zaostaja za tradicionalnimi litij-ionskimi baterijami, vendar je njena strukturna togost zdaj boljša od aluminija. Z drugimi besedami, diagonalna baterija šasije električnega vozila, izdelana iz teh baterij, je lahko strukturno enako močna kot baterija iz aluminija, vendar bo teža močno zmanjšana.
Prva uporaba teh visokotehnoloških baterij je skoraj zagotovo potrošniška elektronika. Profesor Chalmers Leif Asp je dejal: "V nekaj letih je povsem mogoče izdelati pametni telefon, prenosnik ali električno kolo, ki bo le polovico lažji od današnjega in je bolj kompakten." Vendar, kot je poudarila oseba, zadolžena za projekt, "Tukaj smo resnično omejeni samo z našo domišljijo."
Baterija ni le osnova sodobnih električnih vozil, ampak tudi njegov najšibkejši člen. Celo najbolj optimistična napoved lahko vidi le dvakrat večjo gostoto energije. Kaj pa, če želimo doseči neverjeten doseg, ki smo ga vsi obljubljali — in zdi se, da nekdo vsak teden obljublja 1000 kilometrov na polnjenje? — Morali bomo storiti več kot dodajanje baterij v avtomobile: izdelati bomo morali avtomobile iz baterij.
Strokovnjaki pravijo, da bo začasno popravilo nekaterih poškodovanih poti, vključno z avtocesto Coquihalla, trajalo več mesecev.
Postmedia se zavzema za vzdrževanje aktivnega, a zasebnega foruma za razprave in spodbuja vse bralce, da delijo svoja mnenja o naših člankih. Lahko traja do eno uro, da se komentarji prikažejo na spletnem mestu. Prosimo vas, da so vaši komentarji ustrezni in spoštljivi. Omogočili smo e-poštna obvestila – če prejmete odgovor na komentar, če je nit komentarjev, ki ji sledite, posodobljena, ali če sledite komentarju uporabnika, boste zdaj prejeli e-poštno sporočilo. Za več informacij in podrobnosti o prilagajanju nastavitev e-pošte obiščite naše smernice za skupnost.