Pada hari Rabu yang akan datang, 24 November, meja bulat terbaru Memandu ke Masa Depan akan membincangkan rupa masa depan pengeluaran bateri Kanada. Sama ada anda seorang yang optimis-anda benar-benar percaya bahawa semua kereta akan menjadi elektrik menjelang 2035-atau anda fikir kami tidak akan mencapai matlamat yang bercita-cita tinggi itu, kereta berkuasa bateri adalah bahagian penting masa depan kami. Jika Kanada mahu menjadi sebahagian daripada revolusi elektrik ini, kita perlu mencari jalan untuk menjadi pengeluar utama sistem kuasa automotif pada masa hadapan. Untuk melihat rupa masa depan, tonton meja bulat pembuatan bateri terkini untuk kami di Kanada pada hari Rabu ini pada pukul 11:00 pagi Waktu Timur.
Lupakan bateri keadaan pepejal. Perkara yang sama berlaku untuk semua gembar-gembur tentang anod silikon. Malah bateri aluminium-udara yang dibanggakan yang tidak boleh dicas di rumah tidak dapat menggegarkan dunia kenderaan elektrik.
Apakah bateri struktur? Nah, ini soalan yang bagus. Nasib baik bagi saya, siapa yang tidak mahu berlagak mungkin saya tidak mempunyai kepakaran kejuruteraan, jawapannya mudah. Kereta elektrik semasa dikuasakan oleh bateri yang dipasang di dalam kereta. Oh, kami telah menemui cara baharu untuk menyembunyikan kualitinya, iaitu membina semua bateri litium-ion ini ke dalam lantai casis, mewujudkan platform "skateboard" yang kini sinonim dengan reka bentuk EV. Tetapi mereka masih terpisah dari kereta. Tambahan, jika anda mahu.
Bateri berstruktur menumbangkan paradigma ini dengan menjadikan keseluruhan casis diperbuat daripada sel bateri. Dalam masa depan yang kelihatan seperti mimpi, bukan sahaja lantai menanggung beban akan menjadi-bukan bateri yang mengandungi, tetapi bahagian tertentu badan-tiang-A, bumbung, malah, seperti yang ditunjukkan oleh institusi penyelidikan, adalah mungkin , bilik bertekanan penapis udara-bukan sahaja dilengkapi dengan bateri, tetapi sebenarnya terdiri daripada bateri. Dalam kata-kata Marshall McLuhan yang hebat, kereta adalah bateri.
Nah, walaupun bateri litium-ion moden kelihatan berteknologi tinggi, ia adalah berat. Ketumpatan tenaga ion litium jauh lebih rendah daripada petrol, jadi untuk mencapai julat yang sama seperti kenderaan bahan api fosil, bateri dalam EV moden adalah sangat besar. sangat besar.
Lebih penting lagi, mereka berat. Seperti berat dalam "beban lebar". Formula asas yang digunakan pada masa ini untuk mengira ketumpatan tenaga bateri ialah setiap kilogram ion litium boleh menjana kira-kira 250 watt-jam elektrik. Atau dalam dunia singkatan, jurutera lebih suka, 250 Wh/kg.
Buat sedikit pengiraan, bateri 100 kWj adalah seperti Tesla yang dipasang pada bateri Model S, yang bermaksud bahawa ke mana sahaja anda pergi, anda akan menyeret kira-kira 400 kg bateri. Ini adalah aplikasi terbaik dan paling berkesan. Bagi kami orang awam, mungkin lebih tepat untuk menganggarkan bahawa bateri 100 kWj mempunyai berat kira-kira 1,000 paun. Seperti setengah tan.
Sekarang bayangkan sesuatu seperti Hummer SUT baharu, yang mendakwa mempunyai kuasa atas kapal sehingga 213 kWj. Walaupun umum mendapati beberapa kejayaan dalam kecekapan, Hummer teratas masih akan menyeret kira-kira satu tan bateri. Ya, ia akan memandu lebih jauh, tetapi kerana semua kelebihan tambahan ini, peningkatan dalam julat tidak sepadan dengan penggandaan bateri. Sudah tentu, traknya mesti mempunyai enjin yang lebih berkuasa — iaitu kurang cekap — untuk dipadankan. Prestasi alternatif yang lebih ringan dan lebih pendek. Seperti yang akan diberitahu oleh setiap jurutera automotif (sama ada untuk kelajuan atau penjimatan bahan api) kepada anda, berat adalah musuh.
Di sinilah bateri struktur masuk. Dengan membina kereta daripada bateri dan bukannya menambahkannya pada struktur sedia ada, kebanyakan berat tambahan hilang. Pada tahap tertentu—iaitu, apabila semua benda berstruktur ditukar kepada bateri—meningkatkan julat pelayaran kereta membawa kepada hampir tiada penurunan berat badan.
Seperti yang anda jangkakan-kerana saya tahu anda sedang duduk di sana berfikir "Idea yang bagus!"-terdapat halangan untuk penyelesaian yang bijak ini. Yang pertama adalah untuk menguasai keupayaan untuk membuat bateri daripada bahan yang boleh digunakan bukan sahaja sebagai anod dan katod untuk mana-mana bateri asas, tetapi juga cukup kuat-dan sangat ringan! -Struktur yang boleh menyokong kereta dua tan dan penumpangnya, dan diharapkan ia akan selamat.
Tidak menghairankan, dua komponen utama bateri struktur paling berkuasa setakat ini dibuat oleh Universiti Teknologi Chalmers dan dilaburkan oleh KTH Royal Institute of Technology, dua universiti kejuruteraan paling terkenal di Sweden-ialah gentian karbon dan aluminium. Pada asasnya, gentian karbon digunakan sebagai elektrod negatif; elektrod positif menggunakan kerajang aluminium bersalut besi litium fosfat. Oleh kerana gentian karbon juga menghantar elektron, tidak ada keperluan untuk perak dan kuprum berat. Katod dan anod dipisahkan oleh matriks gentian kaca yang juga mengandungi elektrolit, jadi ia bukan sahaja mengangkut ion litium antara elektrod, tetapi juga mengagihkan beban struktur antara keduanya. Voltan nominal bagi setiap sel bateri tersebut ialah 2.8 volt, dan seperti semua bateri kenderaan elektrik semasa, ia boleh digabungkan untuk menghasilkan 400V atau 800V yang biasa digunakan untuk kenderaan elektrik setiap hari.
Walaupun ini adalah lonjakan yang jelas, malah sel berteknologi tinggi ini tidak bersedia sama sekali untuk masa utama. Ketumpatan tenaganya hanya 25 watt-jam sekilogram, dan kekukuhan strukturnya ialah 25 gigapascals (GPa), yang hanya lebih kuat sedikit daripada gentian kaca bingkai. Walau bagaimanapun, dengan pembiayaan daripada Agensi Angkasa Kebangsaan Sweden, versi terkini kini menggunakan lebih banyak serat karbon dan bukannya elektrod kerajang aluminium, yang didakwa penyelidik mempunyai kekakuan dan ketumpatan tenaga. Malah, bateri karbon/karbon terkini ini dijangka menghasilkan sehingga 75 watt-jam elektrik sekilogram dan modulus Young 75 GPa. Ketumpatan tenaga ini mungkin masih ketinggalan berbanding bateri lithium-ion tradisional, tetapi kekukuhan strukturnya kini lebih baik daripada aluminium. Dalam erti kata lain, bateri pepenjuru casis kenderaan elektrik yang diperbuat daripada bateri ini mungkin secara struktur sekuat bateri yang diperbuat daripada aluminium, tetapi beratnya akan berkurangan dengan banyak.
Penggunaan pertama bateri berteknologi tinggi ini hampir pasti adalah elektronik pengguna. Profesor Chalmers Leif Asp berkata: "Dalam beberapa tahun, adalah mungkin untuk membuat telefon pintar, komputer riba atau basikal elektrik yang hanya separuh berat hari ini dan lebih padat." Walau bagaimanapun, seperti yang ditunjukkan oleh orang yang bertanggungjawab bagi projek itu, "Kami Ia benar-benar hanya terhad oleh imaginasi kami di sini."
Bateri bukan sahaja asas kepada kenderaan elektrik moden, tetapi juga pautan paling lemahnya. Malah ramalan yang paling optimistik hanya boleh melihat dua kali ganda ketumpatan tenaga semasa. Bagaimana jika kita ingin mendapatkan julat luar biasa yang dijanjikan oleh kita semua — dan nampaknya seseorang setiap minggu menjanjikan 1,000 kilometer setiap caj? — Kita perlu melakukan yang lebih baik daripada menambah bateri pada kereta: kita perlu membuat kereta daripada bateri.
Pakar mengatakan bahawa pembaikan sementara beberapa laluan yang rosak, termasuk lebuh raya Coquihalla, akan mengambil masa beberapa bulan.
Postmedia komited untuk mengekalkan forum perbincangan yang aktif tetapi peribadi dan menggalakkan semua pembaca berkongsi pandangan mereka tentang artikel kami. Ia mungkin mengambil masa sehingga satu jam untuk ulasan muncul di tapak web. Kami meminta anda untuk memastikan komen anda relevan dan dihormati. Kami telah mendayakan pemberitahuan e-mel-jika anda menerima balasan ulasan, jika urutan ulasan yang anda ikuti dikemas kini atau jika anda mengikuti ulasan pengguna, anda kini akan menerima e-mel. Sila lawati Garis Panduan Komuniti kami untuk mendapatkan maklumat lanjut dan butiran tentang cara melaraskan tetapan e-mel.