Najbližšiu stredu 24. novembra sa na najnovšom okrúhlom stole Driving into the Future bude diskutovať o tom, ako by mohla vyzerať budúcnosť kanadskej výroby batérií.Či už ste optimista – naozaj veríte, že všetky autá budú do roku 2035 elektrické – alebo si myslíte, že tento ambiciózny cieľ nedosiahneme, autá na batérie sú dôležitou súčasťou našej budúcnosti.Ak chce byť Kanada súčasťou tejto elektrickej revolúcie, musíme nájsť spôsob, ako sa v budúcnosti stať popredným výrobcom automobilových energetických systémov.Ak chcete vidieť, ako vyzerá budúcnosť, pozrite si najnovší okrúhly stôl o výrobe batérií pre nás v Kanade túto stredu o 11:00 východného času.
Zabudnite na polovodičové batérie.To isté platí pre všetok ten humbuk okolo silikónových anód.Svetom elektrických vozidiel nemôže otriasť ani vychvaľovaná hliníkovo-vzduchová batéria, ktorú nemožno nabíjať doma.
Čo je štrukturálna batéria?No, toto je dobrá otázka.Našťastie pre mňa, ktorý sa nechce predstierať, že možno nemám inžinierske znalosti, je odpoveď jednoduchá.Súčasné elektromobily poháňajú batérie nainštalované v aute.Och, našli sme nový spôsob, ako skryť ich kvalitu, a to zabudovanie všetkých týchto lítium-iónových batérií do podlahy šasi, čím sa vytvorí „skateboardová“ platforma, ktorá je teraz synonymom dizajnu EV.Ale stále sú oddelené od auta.Doplnok, ak chcete.
Štrukturálne batérie rozvracajú túto paradigmu tým, že celé šasi je vyrobené z batériových článkov.V zdanlivo vysnívanej budúcnosti bude nielen nosná podlaha namiesto batérií, ale aj určité časti karosérie – A-stĺpiky, strechy a dokonca, ako ukázala výskumná inštitúcia, je možné. vzduchový filter pretlaková miestnosť - nielen vybavená batériami, ale v skutočnosti je tvorená batériami.Slovami skvelého Marshalla McLuhana, auto je batéria.
No, hoci moderné lítium-iónové batérie vyzerajú ako high-tech, sú ťažké.Hustota energie lítium-iónových iónov je oveľa nižšia ako hustota benzínu, takže na dosiahnutie rovnakého dojazdu ako vo vozidlách na fosílne palivá sú batérie v moderných elektromobiloch veľmi veľké.Veľmi veľký.
Ešte dôležitejšie je, že sú ťažké.Ako napríklad ťažké pri „širokom zaťažení“.Základný vzorec, ktorý sa v súčasnosti používa na výpočet hustoty energie batérie, je ten, že každý kilogram lítiového iónu môže generovať približne 250 watthodín elektriny.Alebo vo svete skratiek, inžinieri preferujú, 250 Wh/kg.
Trochu si spočítajte, 100 kWh batéria je ako Tesla zapojená do batérie Modelu S, čo znamená, že kamkoľvek pôjdete, potiahnete okolo 400 kg batérie.Toto je najlepšia a najefektívnejšia aplikácia.Pre nás laikov môže byť presnejšie odhadnúť, že 100 kWh batéria váži približne 1 000 libier.Napríklad pol tony.
Teraz si predstavte niečo ako nový Hummer SUT, ktorý tvrdí, že má na palube výkon až 213 kWh.Aj keď generál nájde nejaké prielomy v efektivite, špičkový Hummer bude stále ťahať asi tonu batérií.Áno, bude jazdiť ďalej, ale kvôli všetkým týmto dodatočným výhodám nie je nárast dojazdu úmerný zdvojnásobeniu batérie.Samozrejme, že jeho nákladné vozidlo musí mať výkonnejší – teda menej účinný – motor, ktorý tomu zodpovedá.Výkon ľahších alternatív s kratším dosahom.Ako vám povie každý automobilový inžinier (či už z hľadiska rýchlosti alebo spotreby paliva), hmotnosť je nepriateľ.
Tu prichádza na scénu štrukturálna batéria. Stavbou áut z batérií namiesto ich pridávania do existujúcich štruktúr väčšina pridanej hmotnosti zmizne.Do určitej miery – teda keď sa všetky konštrukčné veci premenia na batérie – zvýšenie dojazdu auta nevedie k takmer žiadnemu úbytku hmotnosti.
Ako by ste očakávali – pretože viem, že tam sedíte a myslíte si: „To je skvelý nápad!“ – tomuto šikovnému riešeniu bránia prekážky.Prvým je zvládnutie schopnosti vyrábať batérie z materiálov, ktoré sa dajú použiť nielen ako anódy a katódy pre akúkoľvek základnú batériu, ale aj ako dostatočne pevné – a veľmi ľahké!-Konštrukcia, ktorá unesie dvojtonové auto a jeho pasažierov a dúfajme, že bude bezpečná.
Nie je prekvapením, že dvoma hlavnými komponentmi doteraz najvýkonnejšej štrukturálnej batérie vyrobenej Technickou univerzitou v Chalmers a investovanej KTH Royal Institute of Technology, dve najznámejšie švédske inžinierske univerzity, sú uhlíkové vlákna a hliník.V podstate sa ako záporná elektróda používa uhlíkové vlákno;kladná elektróda používa hliníkovú fóliu potiahnutú fosforečnanom lítnym.Keďže uhlíkové vlákno vedie aj elektróny, nie je potrebné ťažké striebro a meď.Katóda a anóda sú oddelené matricou zo sklenených vlákien, ktorá tiež obsahuje elektrolyt, takže nielen prenáša lítiové ióny medzi elektródami, ale tiež rozdeľuje štrukturálne zaťaženie medzi obe elektródy.Nominálne napätie každého takéhoto batériového článku je 2,8 voltu a ako všetky súčasné batérie pre elektrické vozidlá je možné ho kombinovať na výrobu 400 V alebo dokonca 800 V bežných pre bežné elektrické vozidlá.
Hoci ide o jasný skok, ani tieto high-tech bunky nie sú vôbec pripravené na hlavný vysielací čas.Ich energetická hustota je len zanedbateľných 25 watthodín na kilogram a ich konštrukčná tuhosť je 25 gigapascalov (GPa), čo je len o málo pevnejšie ako sklenené vlákno rámu.S financovaním od Švédskej národnej vesmírnej agentúry však najnovšia verzia teraz používa viac uhlíkových vlákien namiesto elektród z hliníkovej fólie, o ktorých výskumníci tvrdia, že majú tuhosť a hustotu energie.V skutočnosti sa očakáva, že tieto najnovšie uhlíkové/uhlíkové batérie vyrobia až 75 watthodín elektriny na kilogram a Youngov modul 75 GPa.Táto hustota energie môže stále zaostávať za tradičnými lítium-iónovými batériami, ale jej štrukturálna tuhosť je teraz lepšia ako hliník.Inými slovami, diagonálna batéria podvozku elektrického vozidla vyrobená z týchto batérií môže byť konštrukčne rovnako pevná ako batéria vyrobená z hliníka, ale hmotnosť sa výrazne zníži.
Prvým použitím týchto high-tech batérií je takmer určite spotrebná elektronika.Profesor Chalmers Leif Asp povedal: „Za pár rokov bude úplne možné vyrobiť smartfón, notebook alebo elektrický bicykel, ktorý má len polovičnú hmotnosť ako dnes a je kompaktnejší.“Ako však zdôraznila osoba zodpovedná za projekt: „My sme tu naozaj obmedzení len našou predstavivosťou.“
Batéria je nielen základom moderných elektromobilov, ale aj ich najslabším článkom.Aj tá najoptimistickejšia predpoveď môže vidieť iba dvojnásobok súčasnej energetickej hustoty.Čo ak chceme dosiahnuť neuveriteľný dojazd, ktorý sme všetci sľúbili – a zdá sa, že každý týždeň niekto sľubuje 1 000 kilometrov na jedno nabitie?— Budeme musieť robiť lepšie, ako pridávať batérie do áut: budeme musieť vyrábať autá z batérií.
Odborníci tvrdia, že dočasná oprava niektorých poškodených trás vrátane diaľnice Coquihalla potrvá niekoľko mesiacov.
Postmedia sa zaviazala udržiavať aktívne, ale súkromné ​​diskusné fórum a vyzýva všetkých čitateľov, aby sa podelili o svoje názory na naše články.Môže trvať až hodinu, kým sa komentáre objavia na webovej stránke.Žiadame vás, aby boli vaše komentáre relevantné a rešpektujúce.Povolili sme e-mailové upozornenia – ak dostanete odpoveď na komentár, ak sa vlákno komentárov, ktoré sledujete, aktualizuje alebo ak budete sledovať komentár používateľa, teraz dostanete e-mail.Ďalšie informácie a podrobnosti o tom, ako upraviť nastavenia e-mailu, nájdete v našich Pokynoch pre komunitu.