Nadolazeće srijede, 24. studenog, na najnovijem okruglom stolu Driving into the Future raspravljat će se o tome kako bi mogla izgledati budućnost kanadske proizvodnje baterija. Bilo da ste optimist - stvarno vjerujete da će svi automobili biti električni do 2035. - ili mislite da nećemo postići taj ambiciozni cilj, automobili na baterije važan su dio naše budućnosti. Ako Kanada želi biti dio ove električne revolucije, moramo pronaći način da postanemo vodeći proizvođač automobilskih energetskih sustava u budućnosti. Da vidite kako budućnost izgleda, pogledajte najnoviji okrugli stol o proizvodnji baterija za nas u Kanadi ove srijede u 11:00 ujutro po istočnom vremenu.
Zaboravite na solid-state baterije. Isto vrijedi i za svu pompu oko silicijskih anoda. Ni hvaljena aluminijsko-zračna baterija koja se ne može puniti kod kuće ne može uzdrmati svijet električnih vozila.
Što je strukturna baterija? Pa, ovo je dobro pitanje. Srećom za mene, koji se ne želim pretvarati da možda nemam inženjersko znanje, odgovor je jednostavan. Sadašnji električni automobili napajaju se baterijama ugrađenim u automobil. Oh, pronašli smo novi način da sakrijemo njihovu kvalitetu, a to je ugraditi sve te litij-ionske baterije u pod šasije, stvarajući platformu za "skejtbord" koja je sada sinonim za EV dizajn. Ali još uvijek su odvojeni od auta. Dodatak, ako hoćete.
Strukturalne baterije potkopavaju ovu paradigmu tako što cijelu šasiju čine baterije. U budućnosti koja se čini kao iz snova, ne samo da će nosivi pod biti - umjesto da sadrži - baterije, već i određeni dijelovi karoserije - A-stupovi, krovovi, pa čak, kao što je pokazala istraživačka institucija, moguće je, soba pod tlakom zračnog filtra - ne samo da je opremljena baterijama, već se zapravo sastoji od baterija. Prema riječima velikog Marshalla McLuhana, automobil je baterija.
Pa, iako moderne litij-ionske baterije izgledaju visokotehnološki, teške su. Gustoća energije litij-iona daleko je manja od one kod benzina, pa su baterije u modernim električnim vozilima vrlo velike da bi se postigao isti domet kao vozila na fosilna goriva. Vrlo velik.
Što je još važnije, teške su. Kao što je težak u "širokom teretu". Osnovna formula koja se trenutno koristi za izračunavanje gustoće energije baterije je da svaki kilogram litij-iona može proizvesti oko 250 watt-sati električne energije. Ili u svijetu kratica, inženjeri preferiraju, 250 Wh/kg.
Malo računajte, baterija od 100 kWh je kao Tesla spojena na bateriju Model S, što znači da gdje god idete vući ćete oko 400 kg baterije. Ovo je najbolja i najučinkovitija aplikacija. Za nas laike, možda je točnija procjena da je baterija od 100 kWh teška oko 1000 funti. Kao što je pola tone.
Zamislite sada nešto poput novog Hummera SUT, koji tvrdi da ima ugrađenu snagu do 213 kWh. Čak i ako general pronađe neke pomake u učinkovitosti, vrhunski Hummer i dalje će imati oko tonu baterija. Da, vozit će dalje, ali zbog svih ovih dodatnih prednosti, povećanje dometa nije razmjerno udvostručenju baterije. Naravno, njegov kamion mora imati snažniji — to jest, manje učinkovit — motor koji mu odgovara. Izvedba lakših alternativa kraćeg dometa. Kao što će vam reći svaki automobilski inženjer (bilo za brzinu ili ekonomičnost goriva), težina je neprijatelj.
Ovdje na scenu stupa strukturalna baterija. Gradeći automobile od baterija umjesto da ih dodajete postojećim strukturama, većina dodatne težine nestaje. U određenoj mjeri - to jest, kada se sve strukturne stvari pretvore u baterije - povećanje dometa krstarenja automobila gotovo da ne dovodi do gubitka težine.
Kao što biste očekivali - jer znam da sjedite i razmišljate "Kakva sjajna ideja!" - postoje prepreke ovom pametnom rješenju. Prvi je ovladati sposobnošću izrade baterija od materijala koji se mogu koristiti ne samo kao anode i katode za bilo koju osnovnu bateriju, već i kao dovoljno jaki - i vrlo lagani! -Konstrukcija koja može izdržati automobil od dvije tone i putnike, a nadamo se da će biti sigurna.
Nije iznenađujuće da su dvije glavne komponente najsnažnije strukturne baterije do sada, koju je izradilo Tehnološko sveučilište Chalmers, a uložio KTH Royal Institute of Technology, dva najpoznatija sveučilišta u Švedskoj, karbonska vlakna i aluminij. U osnovi, karbonska vlakna se koriste kao negativna elektroda; pozitivna elektroda koristi aluminijsku foliju obloženu litij željezo fosfatom. Budući da ugljična vlakna također provode elektrone, nema potrebe za teškim srebrom i bakrom. Katoda i anoda su odvojene pomoću matrice od staklenih vlakana koja također sadrži elektrolit, tako da ne samo da prenosi litijeve ione između elektroda, već također raspoređuje strukturno opterećenje između njih. Nazivni napon svake takve baterije je 2,8 volti, a kao i sve sadašnje baterije za električna vozila, može se kombinirati za proizvodnju 400 V ili čak 800 V uobičajenih za svakodnevna električna vozila.
Iako je ovo jasan skok, čak ni te visokotehnološke ćelije uopće nisu spremne za udarni termin. Gustoća energije im je tek zanemarivih 25 watt-sati po kilogramu, a strukturna krutost 25 gigapaskala (GPa), što je tek nešto jače od staklenih vlakana okvira. Međutim, uz financiranje Švedske nacionalne svemirske agencije, najnovija verzija sada koristi više ugljičnih vlakana umjesto elektroda od aluminijske folije, za koje istraživači tvrde da imaju krutost i energetsku gustoću. Zapravo, očekuje se da će ove najnovije ugljične/ugljične baterije proizvesti do 75 watt-sati električne energije po kilogramu i Youngov modul od 75 GPa. Ova gustoća energije možda još uvijek zaostaje za tradicionalnim litij-ionskim baterijama, ali njena strukturna krutost sada je bolja od aluminija. Drugim riječima, dijagonalna baterija šasije električnog vozila izrađena od ovih baterija može biti strukturno jednako jaka kao baterija izrađena od aluminija, ali će težina biti znatno smanjena.
Prva uporaba ovih visokotehnoloških baterija gotovo je sigurno potrošačka elektronika. Profesor Leif Asp iz Chalmersa rekao je: "Za nekoliko godina sasvim je moguće napraviti pametni telefon, prijenosno računalo ili električni bicikl koji je samo upola lakši od današnjeg i kompaktniji je." Međutim, kao što je istaknula osoba zadužena za projekt, "Mi smo ovdje zapravo samo ograničeni našom maštom."
Baterija nije samo temelj modernih električnih vozila, već i njihova najslabija karika. Čak i najoptimističnija prognoza može vidjeti samo dvostruko veću gustoću energije. Što ako želimo dobiti nevjerojatan domet koji smo svi obećali — a čini se da netko svaki tjedan obećava 1000 kilometara po punjenju? — Morat ćemo učiniti bolje od dodavanja baterija u automobile: morat ćemo napraviti automobile od baterija.
Stručnjaci kažu da će privremeni popravak nekih oštećenih ruta, uključujući autocestu Coquihalla, trajati nekoliko mjeseci.
Postmedia se zalaže za održavanje aktivnog, ali privatnog foruma za raspravu i potiče sve čitatelje da podijele svoja mišljenja o našim člancima. Može proći do sat vremena dok se komentari ne pojave na web stranici. Molimo vas da vaši komentari budu relevantni i puni poštovanja. Omogućili smo obavijesti e-poštom - ako primite odgovor na komentar, ako je nit komentara koju pratite ažurirana ili ako pratite komentar korisnika, sada ćete primiti e-poruku. Posjetite naše Smjernice zajednice za više informacija i pojedinosti o tome kako prilagoditi postavke e-pošte.