Найближчої середи, 24 листопада, на останньому круглому столі Driving into the Future обговорять, як може виглядати майбутнє канадського виробництва акумуляторів. Незалежно від того, чи ви оптиміст — ви справді вірите, що всі автомобілі будуть електричними до 2035 року — чи думаєте, що ми не досягнемо цієї амбітної мети, автомобілі з живленням від батарей є важливою частиною нашого майбутнього. Якщо Канада хоче стати частиною цієї електричної революції, нам потрібно знайти спосіб стати провідним виробником автомобільних енергетичних систем у майбутньому. Щоб побачити, як виглядає майбутнє, подивіться останній круглий стіл з виробництва акумуляторів для нас у Канаді цієї середи об 11:00 за східним часом.
Забудьте про твердотільні акумулятори. Те саме стосується всієї галасу про кремнієві аноди. Навіть розхвалена повітряно-алюмінієва батарея, яку неможливо зарядити вдома, не може похитнути світ електромобілів.
Що таке структурна батарея? Ну, це гарне запитання. На щастя для мене, який не хоче прикидатися, що я не маю інженерних знань, відповідь проста. Сучасні електромобілі живляться від встановлених в машині акумуляторів. О, ми знайшли новий спосіб приховати їхню якість, тобто вмонтувати всі ці літій-іонні батареї в підлогу шасі, створивши платформу «скейтборду», яка тепер є синонімом дизайну електромобілів. Але вони все ще окремо від автомобіля. Доповнення, якщо хочете.
Структурні батареї руйнують цю парадигму, роблячи все шасі з батарейних елементів. У, здавалося б, мрійливому майбутньому, не тільки несуча підлога буде, а не міститиме акумулятори, але й певні частини кузова, передні стійки, дахи, і навіть, як показала дослідницька установа, можливо, кімната з повітряним фільтром під тиском, яка не тільки обладнана батареями, але фактично складається з батарей. За словами великого Маршалла Маклюена, автомобіль — це акумулятор.
Що ж, сучасні літій-іонні акумулятори хоч і виглядають високотехнологічними, але вони важкі. Щільність енергії літій-іонів набагато нижча, ніж у бензину, тому для досягнення того самого запасу ходу, що й у транспортних засобів, що працюють на викопному паливі, акумулятори сучасних електромобілів дуже великі. Дуже великий.
Що ще важливіше, вони важкі. Наприклад, важкий у «широкому вантажі». Основна формула, яка зараз використовується для розрахунку щільності енергії батареї, полягає в тому, що кожен кілограм іонного літію може генерувати близько 250 ват-годин електроенергії. Або в абревіатурі, інженери віддають перевагу, 250 Вт·год/кг.
Трохи порахуйте, батарея на 100 кВт/год – це як Tesla, підключена до батареї Model S, а це означає, що куди б ви не пішли, ви тягнете з собою близько 400 кг батареї. Це найкращий і найефективніший додаток. Для нас, неспеціалістів, може бути точнішим підрахувати, що батарея на 100 кВт/год важить близько 1000 фунтів. Таких, як півтонни.
А тепер уявіть собі щось на кшталт нового Hummer SUT, бортова потужність якого становить до 213 кВт/год. Навіть якщо генерал знайде деякі прориви в ефективності, топовий Hummer все одно буде тягнути близько тонни акумуляторів. Так, він буде їхати далі, але через усі ці додаткові переваги збільшення запасу ходу не співмірне подвоєнню батареї. Звичайно, його вантажівка повинна мати потужніший — тобто менш ефективний — двигун. Ефективність легших альтернатив із меншим радіусом дії. Як скаже вам кожен автомобільний інженер (чи то для швидкості, чи то для економії палива), вага — це ворог.
Ось тут і з’являється конструктивна батарея. Будуючи автомобілі з акумуляторів замість того, щоб додавати їх до існуючих конструкцій, більша частина додаткової ваги зникає. До певної міри — тобто коли всі конструктивні елементи перетворюються на батареї — збільшення запасу ходу автомобіля майже не призводить до втрати ваги.
Як і слід було очікувати, оскільки я знаю, що ви сидите там і думаєте: «Яка чудова ідея!», існують перешкоди для цього розумного рішення. По-перше, це опанувати вміння виготовляти батареї з матеріалів, які можна використовувати не лише як аноди та катоди для будь-якої базової батареї, але й як досить міцні та дуже легкі! - Конструкція, яка може витримати двотонну машину та її пасажирів, і є надія, що вона буде безпечною.
Не дивно, що двома основними компонентами найпотужнішої конструктивної батареї на сьогоднішній день, виготовленої Технологічним університетом Чалмерса та інвестованої Королівським технологічним інститутом KTH, двома найвідомішими інженерними університетами Швеції, є вуглецеве волокно та алюміній. По суті, вуглецеве волокно використовується як негативний електрод; позитивний електрод використовує алюмінієву фольгу, покриту фосфатом літію і заліза. Оскільки вуглецеве волокно також проводить електрони, немає потреби у важких сріблі та міді. Катод і анод утримуються окремо за допомогою матриці зі скловолокна, яка також містить електроліт, тому він не лише транспортує іони літію між електродами, але й розподіляє структурне навантаження між ними. Номінальна напруга кожної такої батареї становить 2,8 вольта, і, як і всі сучасні батареї електромобілів, її можна об’єднати для отримання 400 В або навіть 800 В, звичайної для повсякденних електромобілів.
Хоча це явний стрибок, навіть ці високотехнологічні камери зовсім не готові до прайм-тайму. Їхня щільність енергії становить лише незначні 25 ват-годин на кілограм, а їх структурна жорсткість становить 25 гігапаскалів (ГПа), що лише трохи міцніше, ніж каркасне скловолокно. Однак завдяки фінансуванню Шведського національного космічного агентства в останній версії тепер використовується більше вуглецевого волокна замість електродів з алюмінієвої фольги, які, як стверджують дослідники, мають жорсткість і щільність енергії. Насправді очікується, що ці новітні карбонові/вуглецеві батареї вироблятимуть до 75 ват-годин електроенергії на кілограм і мають модуль Юнга 75 ГПа. Ця щільність енергії все ще може відставати від традиційних літій-іонних батарей, але її структурна жорсткість тепер краща, ніж у алюмінію. Іншими словами, діагональна батарея шасі електромобіля, виготовлена ​​з цих батарей, може бути конструктивно такою ж міцною, як і батарея, виготовлена ​​з алюмінію, але вага буде значно зменшена.
Перше використання цих високотехнологічних акумуляторів майже напевно буде побутовою електронікою. Професор Чалмерса Лейф Асп сказав: «Через кілька років цілком можливо виготовити смартфон, ноутбук або електричний велосипед, який важить лише вдвічі менше, ніж сьогодні, і є більш компактним». Однак, як зазначив відповідальний за проект, «Ми тут насправді обмежені лише нашою уявою».
Акумулятор – це не тільки основа сучасного електромобіля, а й його найслабша ланка. Навіть найоптимістичніший прогноз може побачити лише вдвічі більшу поточну щільність енергії. Що, якщо ми хочемо отримати неймовірний запас ходу, який ми всі обіцяли — і здається, що хтось щотижня обіцяє 1000 кілометрів за одну зарядку? — Нам доведеться зробити щось краще, ніж додавати батареї до автомобілів: нам доведеться робити автомобілі з акумуляторів.
Експерти кажуть, що тимчасовий ремонт деяких пошкоджених трас, включно з шосе Кокіхалла, займе кілька місяців.
Postmedia прагне підтримувати активний, але закритий дискусійний форум і заохочує всіх читачів ділитися своїми думками щодо наших статей. Для появи коментарів на веб-сайті може знадобитися до години. Ми просимо вас залишати свої коментарі актуальними та шанобливими. Ми ввімкнули сповіщення електронною поштою: якщо ви отримаєте відповідь на коментар, якщо ланцюжок коментарів, на який ви підписалися, оновлено або якщо ви підписалися на коментар користувача, ви отримаєте електронний лист. Перегляньте наші Правила спільноти, щоб отримати докладнішу інформацію та детальну інформацію про те, як налаштувати параметри електронної пошти.