В предстоящую среду, 24 ноября, на последнем круглом столе «Вождение в будущее» будет обсуждаться, как может выглядеть будущее производства аккумуляторов в Канаде.Являетесь ли вы оптимистом — вы действительно верите, что к 2035 году все автомобили будут электрическими — или думаете, что мы не достигнем этой амбициозной цели, автомобили с батарейным питанием — важная часть нашего будущего.Если Канада хочет стать частью этой электрической революции, нам нужно найти способ стать в будущем ведущим производителем автомобильных систем питания.Чтобы увидеть, как выглядит будущее, посмотрите последний круглый стол по производству аккумуляторов для нас в Канаде в эту среду в 11:00 по восточному поясному времени.
Забудьте о твердотельных батареях.То же самое касается всей шумихи вокруг кремниевых анодов.Даже хваленый алюминиево-воздушный аккумулятор, который нельзя зарядить дома, не может потрясти мир электромобилей.
Что такое структурная батарея?Что ж, это хороший вопрос.К счастью для меня, который не хочет притворяться, что у меня нет технических знаний, ответ прост.Современные электромобили питаются от аккумуляторов, установленных в автомобиле.О, мы нашли новый способ скрыть их качество — встроить все эти литий-ионные батареи в пол шасси, создав платформу «скейтборд», которая теперь является синонимом дизайна электромобилей.Но они по-прежнему отделены от автомобиля.Дополнение, если хотите.
Структурные батареи разрушают эту парадигму, делая все шасси из аккумуляторных элементов.В, казалось бы, сказочном будущем не только несущий пол будет, а не содержать аккумуляторы, но и отдельные части кузова — передние стойки, крыша и даже, как показало научно-исследовательское учреждение, возможно, помещение с воздушным фильтром под давлением - не только оборудованное батареями, но и состоящее из батарей.По словам великого Маршалла Маклюэна, автомобиль — это аккумулятор.
Что ж, современные литий-ионные аккумуляторы хоть и выглядят высокотехнологичными, но они тяжелые.Плотность энергии литий-иона намного меньше, чем у бензина, поэтому для достижения такого же запаса хода, как у автомобилей, работающих на ископаемом топливе, батареи в современных электромобилях очень большие.Очень большой.
Что еще более важно, они тяжелые.Например, тяжелый в «широкой нагрузке».Основная формула, используемая в настоящее время для расчета плотности энергии батареи, заключается в том, что каждый килограмм иона лития может генерировать около 250 ватт-часов электроэнергии.Или в мире аббревиатур, который предпочитают инженеры, 250 Втч/кг.
Немного подсчитайте, аккумулятор на 100 кВтч похож на Tesla, подключенную к аккумулятору Model S, а это значит, что куда бы вы ни пошли, вы будете таскать около 400 кг аккумулятора.Это самое лучшее и эффективное приложение.Для нас, неспециалистов, может быть более точной оценка, что батарея на 100 кВтч весит около 1000 фунтов.Например, полтонны.
А теперь представьте что-то вроде нового Hummer SUT, который, как утверждается, имеет бортовую мощность до 213 кВтч.Даже если генерал найдет какие-то прорывы в эффективности, топовый Хаммер все равно будет таскать около тонны аккумуляторов.Да, он проедет дальше, но из-за всех этих дополнительных преимуществ прирост дальности несоизмерим с удвоением аккумулятора.Конечно, у его грузовика должен быть более мощный, то есть менее эффективный, двигатель.Производительность более легких альтернатив с меньшим радиусом действия.Как скажет вам каждый автомобильный инженер (будь то из соображений скорости или экономии топлива), вес — это враг.
Вот тут-то и появляется структурная батарея. При сборке автомобилей из батарей вместо добавления их к существующим конструкциям большая часть добавленного веса исчезает.В определенной степени — то есть когда все конструктивные элементы превращаются в аккумуляторы — увеличение запаса хода автомобиля почти не приводит к потере веса.
Как и следовало ожидать, поскольку я знаю, что вы сидите и думаете: «Какая замечательная идея!», на пути к этому умному решению есть препятствия.Первый — освоить умение делать батареи из материалов, которые можно использовать не только как аноды и катоды для любой базовой батареи, но и как достаточно прочные — и очень легкие!-Сооружение, способное выдержать двухтонный автомобиль и его пассажиров, и есть надежда, что оно будет безопасным.
Неудивительно, что двумя основными компонентами самой мощной структурной батареи на сегодняшний день, созданной Технологическим университетом Чалмерса и инвестированной Королевским технологическим институтом KTH, двумя самыми известными инженерными университетами Швеции, являются углеродное волокно и алюминий.По сути, в качестве отрицательного электрода используется углеродное волокно;в положительном электроде используется алюминиевая фольга с покрытием из литий-железо-фосфата.Поскольку углеродное волокно также проводит электроны, нет необходимости в тяжелом серебре и меди.Катод и анод разделены матрицей из стекловолокна, которая также содержит электролит, поэтому он не только переносит ионы лития между электродами, но и распределяет структурную нагрузку между ними.Номинальное напряжение каждой такой аккумуляторной ячейки составляет 2,8 В, и, как и все современные аккумуляторы для электромобилей, его можно комбинировать для получения 400 В или даже 800 В, характерных для повседневных электромобилей.
Хотя это явный скачок, даже эти высокотехнологичные ячейки совсем не готовы к прайм-тайму.Их плотность энергии составляет лишь ничтожные 25 ватт-часов на килограмм, а их структурная жесткость составляет 25 гигапаскалей (ГПа), что лишь немного прочнее стекловолокна рамы.Однако при финансовой поддержке Шведского национального космического агентства в последней версии теперь используется больше углеродного волокна вместо электродов из алюминиевой фольги, которые, как утверждают исследователи, обладают жесткостью и плотностью энергии.Фактически, ожидается, что эти новейшие углеродно-углеродные батареи будут производить до 75 ватт-часов электроэнергии на килограмм и иметь модуль Юнга 75 ГПа.Эта плотность энергии может все еще отставать от традиционных литий-ионных батарей, но ее структурная жесткость теперь лучше, чем у алюминия.Другими словами, диагональная батарея шасси электромобиля, изготовленная из этих аккумуляторов, может быть конструктивно такой же прочной, как батарея из алюминия, но вес будет значительно меньше.
Первое применение этих высокотехнологичных аккумуляторов почти наверняка связано с бытовой электроникой.Профессор Чалмерса Лейф Асп сказал: «Через несколько лет вполне возможно сделать смартфон, ноутбук или электрический велосипед, который весит вдвое меньше сегодняшнего и будет более компактным».Однако, как отметил человек, ответственный за проект, «мы здесь ограничены только нашим воображением».
Аккумулятор — не только основа современных электромобилей, но и самое слабое его звено.Даже самый оптимистичный прогноз может только удвоить нынешнюю плотность энергии.Что, если мы хотим получить невероятный запас хода, который всем нам обещали — а вроде бы кто-то каждую неделю обещает 1000 километров на одной зарядке?— Нам придется делать лучше, чем добавлять аккумуляторы в автомобили: нам придется делать автомобили из аккумуляторов.
Эксперты говорят, что временный ремонт некоторых поврежденных трасс, в том числе шоссе Кокихалла, займет несколько месяцев.
Postmedia стремится поддерживать активный, но закрытый дискуссионный форум и призывает всех читателей делиться своими мнениями о наших статьях.Появление комментариев на сайте может занять до часа.Мы просим вас, чтобы ваши комментарии были актуальными и уважительными.Мы включили уведомления по электронной почте: если вы получаете ответ на комментарий, если цепочка комментариев, на которую вы подписаны, обновляется или если вы подписываетесь на комментарий пользователя, вы теперь будете получать электронное письмо.Пожалуйста, посетите наши Принципы сообщества для получения дополнительной информации и подробностей о том, как изменить настройки электронной почты.