Nadcházející středu 24. listopadu se bude na nejnovějším kulatém stole Driving into the Future diskutovat o tom, jak by mohla vypadat budoucnost kanadské výroby baterií. Ať už jste optimista – opravdu věříte, že všechna auta budou do roku 2035 elektrická – nebo si myslíte, že tohoto ambiciózního cíle nedosáhneme, auta na baterie jsou důležitou součástí naší budoucnosti. Pokud chce být Kanada součástí této elektrické revoluce, musíme najít způsob, jak se v budoucnu stát předním výrobcem automobilových energetických systémů. Chcete-li vidět, jak vypadá budoucnost, podívejte se tuto středu v 11:00 východního času na nejnovější kulatý stůl výroby baterií pro nás v Kanadě.
Zapomeňte na polovodičové baterie. Totéž platí pro veškerý humbuk kolem křemíkových anod. Ani vychvalovaná hliníkovo-vzduchová baterie, kterou nelze nabíjet doma, nemůže otřást světem elektromobilů.
Co je to strukturální baterie? No, to je dobrá otázka. Naštěstí pro mě, který se nechce tvářit, že možná nemám inženýrské znalosti, je odpověď jednoduchá. Současné elektromobily jsou poháněny bateriemi instalovanými ve voze. Oh, našli jsme nový způsob, jak skrýt jejich kvalitu, a to zabudování všech těchto lithium-iontových baterií do podlahy šasi a vytvoření „skateboardové“ platformy, která je nyní synonymem designu EV. Ale stále jsou oddělené od auta. Doplněk, chcete-li.
Strukturální baterie toto paradigma rozvracejí tím, že celé šasi je vyrobeno z bateriových článků. Ve zdánlivě snové budoucnosti bude nejen nosná podlaha, nikoli baterie, ale i určité části karoserie – sloupky A, střechy a dokonce, jak ukázala výzkumná instituce, je možné. vzduchový filtr přetlaková místnost - nejen vybavená bateriemi, ale ve skutečnosti je tvořena bateriemi. Slovy skvělého Marshalla McLuhana, auto je baterie.
I když moderní lithium-iontové baterie vypadají jako high-tech, jsou těžké. Energetická hustota lithiových iontů je mnohem menší než u benzínu, takže pro dosažení stejného dojezdu jako u vozidel na fosilní paliva jsou baterie v moderních EV velmi velké. Velmi velký.
Důležitější je, že jsou těžké. Například těžký v „širokém zatížení“. Základní vzorec, který se v současnosti používá pro výpočet hustoty energie baterie, je ten, že každý kilogram lithného iontu může vyrobit asi 250 watthodin elektřiny. Nebo ve světě zkratek, inženýři preferují, 250 Wh/kg.
Trochu si spočítejte, 100 kWh baterie je jako Tesla zapojená do baterie Model S, což znamená, že kamkoli půjdete, potáhnete zhruba 400 kg baterie. Toto je nejlepší a nejefektivnější aplikace. Pro nás laiky může být přesnější odhadnout, že 100 kWh baterie váží zhruba 1000 liber. Třeba půl tuny.
Nyní si představte něco jako nový Hummer SUT, který tvrdí, že má na palubě výkon až 213 kWh. I když generál najde nějaké průlomy v účinnosti, špičkový Hummer stejně utáhne asi tunu baterií. Ano, dojede dál, ale kvůli všem těmto dalším výhodám není zvýšení dojezdu úměrné zdvojnásobení baterie. Jeho nákladní automobil musí mít samozřejmě výkonnější – tedy méně účinný – motor, který tomu odpovídá. Výkon lehčích alternativ s kratším dosahem. Jak vám potvrdí každý automobilový inženýr (ať už kvůli rychlosti nebo spotřebě paliva), hmotnost je nepřítel.
Zde přichází na řadu strukturální baterie. Stavbou aut z baterií namísto jejich přidávání do stávajících konstrukcí většina přidané hmotnosti zmizí. Do určité míry – tedy když jsou všechny konstrukční věci přeměněny na baterie – nevede zvýšení cestovního dojezdu téměř k žádnému úbytku hmotnosti.
Jak byste očekávali – protože vím, že tam sedíte a říkáte si: „To je skvělý nápad!“ – tomuto chytrému řešení brání překážky. Prvním je zvládnutí schopnosti vyrábět baterie z materiálů, které lze použít nejen jako anody a katody pro jakoukoli základní baterii, ale také jako dostatečně pevné – a velmi lehké! -Struktura, která unese dvoutunové auto a jeho cestující a doufá se, že bude bezpečná.
Není překvapením, že dvěma hlavními součástmi dosud nejvýkonnější strukturální baterie, kterou vyrobila Chalmers University of Technology a investoval KTH Royal Institute of Technology, dvě nejslavnější švédské inženýrské univerzity, jsou uhlíková vlákna a hliník. V podstatě se jako záporná elektroda používá uhlíkové vlákno; kladná elektroda používá hliníkovou fólii potaženou fosforečnanem lithným. Protože uhlíkové vlákno také vede elektrony, není potřeba těžké stříbro a měď. Katoda a anoda jsou odděleny matricí ze skelných vláken, která také obsahuje elektrolyt, takže nejen transportuje ionty lithia mezi elektrodami, ale také rozděluje strukturální zatížení mezi obě elektrody. Jmenovité napětí každého takového bateriového článku je 2,8 voltu a stejně jako všechny současné baterie pro elektromobily je lze kombinovat a vyrábět 400 V nebo dokonce 800 V běžné u běžných elektrických vozidel.
Přestože jde o jasný skok, ani tyto high-tech buňky nejsou vůbec připraveny na hlavní vysílací čas. Jejich energetická hustota je pouze zanedbatelných 25 watthodin na kilogram a jejich strukturální tuhost je 25 gigapascalů (GPa), což je jen o něco málo pevnější než skleněné vlákno rámu. S financováním od Švédské národní vesmírné agentury však nejnovější verze nyní používá více uhlíkových vláken namísto elektrod z hliníkové fólie, o kterých vědci tvrdí, že mají tuhost a hustotu energie. Ve skutečnosti se očekává, že tyto nejnovější uhlíkové/uhlíkové baterie vyrobí až 75 watthodin elektřiny na kilogram a Youngův modul 75 GPa. Tato energetická hustota může stále zaostávat za tradičními lithium-iontovými bateriemi, ale její strukturální tuhost je nyní lepší než u hliníku. Jinými slovy, diagonální baterie podvozku elektrického vozidla vyrobená z těchto baterií může být konstrukčně stejně pevná jako baterie vyrobená z hliníku, ale hmotnost se výrazně sníží.
První použití těchto high-tech baterií je téměř jistě spotřební elektronika. Profesor Chalmers Leif Asp řekl: „Během několika let bude zcela možné vyrobit smartphone, notebook nebo elektrické kolo, které má pouze poloviční hmotnost než dnes a je kompaktnější. Nicméně, jak poznamenala osoba odpovědná za projekt: „Tady je to opravdu omezeno pouze naší představivostí.“
Baterie je nejen základem moderních elektromobilů, ale také jejich nejslabším článkem. I ta nejoptimističtější předpověď může vidět pouze dvojnásobek současné energetické hustoty. Co když chceme dosáhnout neuvěřitelného dojezdu, který jsme všichni slíbili – a zdá se, že někdo každý týden slibuje 1 000 kilometrů na jedno nabití? — Budeme muset být lepší než přidávání baterií do automobilů: budeme muset vyrábět auta z baterií.
Odborníci tvrdí, že dočasná oprava některých poškozených tras, včetně dálnice Coquihalla, bude trvat několik měsíců.
Postmedia se zavázala udržovat aktivní, ale soukromé diskusní fórum a vyzývá všechny čtenáře, aby se podělili o své názory na naše články. Může trvat až hodinu, než se komentáře na webu objeví. Žádáme vás, aby byly vaše komentáře relevantní a uctivé. Aktivovali jsme e-mailová upozornění – pokud obdržíte odpověď na komentář, pokud se aktualizuje vlákno, které sledujete, nebo pokud budete sledovat komentář uživatele, obdržíte nyní e-mail. Další informace a podrobnosti o tom, jak upravit nastavení e-mailu, naleznete v našich Pokynech pro komunitu.