Op die komende Woensdag, 24 November, sal die jongste rondetafel van Driving into the Future bespreek hoe die toekoms van Kanadese batteryproduksie kan lyk. Of jy nou 'n optimis is - jy glo regtig dat alle motors teen 2035 elektries sal wees - of jy dink ons ​​sal nie daardie ambisieuse doelwit bereik nie, battery-aangedrewe motors is 'n belangrike deel van ons toekoms. As Kanada deel wil wees van hierdie elektriese revolusie, moet ons 'n manier vind om in die toekoms die voorste vervaardiger van motorkragstelsels te word. Om te sien hoe die toekoms lyk, kyk na die jongste batteryvervaardigingsrondetafel vir ons in Kanada hierdie Woensdag om 11:00 vm. Eastern Time.
Vergeet van vastestofbatterye. Dieselfde geld vir al die hype oor silikon-anodes. Selfs die roemryke aluminium-lugbattery wat nie by die huis gelaai kan word nie, kan nie die wêreld van elektriese voertuie skud nie.
Wat is 'n strukturele battery? Wel, dit is 'n goeie vraag. Gelukkig vir my, wat nie wil voorgee dat ek dalk nie ingenieurskundigheid het nie, is die antwoord eenvoudig. Huidige elektriese motors word aangedryf deur batterye wat in die motor geïnstalleer is. O, ons het 'n nuwe manier gevind om hul kwaliteit weg te steek, wat is om al hierdie litium-ioonbatterye in die vloer van die onderstel in te bou, wat 'n "skaatsplank"-platform skep wat nou sinoniem is met EV-ontwerp. Maar hulle is steeds apart van die kar. 'n Byvoeging, as jy wil.
Strukturele batterye ondermyn hierdie paradigma deur die hele onderstel van batteryselle te maak. In 'n oënskynlik droomagtige toekoms sal nie net die lasdraende vloer eerder as batterye wees nie, maar sekere dele van die liggaam-A-pilare, dakke, en selfs, soos 'n navorsingsinstelling getoon het, is dit moontlik , Die lugfilter onder druk kamer - nie net toegerus met batterye nie, maar eintlik bestaan ​​uit batterye. In die woorde van die groot Marshall McLuhan, 'n motor is 'n battery.
Wel, hoewel moderne litiumioonbatterye hoëtegnologie lyk, is hulle swaar. Die energiedigtheid van litiumioon is baie minder as dié van petrol, so om dieselfde reeks as fossielbrandstofvoertuie te bereik, is die batterye in moderne EV's baie groot. Baie groot.
Nog belangriker, hulle is swaar. Soos swaar in "wye vrag". Die basiese formule wat tans gebruik word om die energiedigtheid van 'n battery te bereken, is dat elke kilogram litiumioon ongeveer 250 watt-uur elektrisiteit kan opwek. Of in die afkortingswêreld, verkies ingenieurs, 250 Wh/kg.
Doen 'n bietjie wiskunde, 'n 100 kWh-battery is soos 'n Tesla wat by 'n Model S-battery ingeprop is, wat beteken dat waar jy ook al gaan, jy sowat 400 kg se battery sal sleep. Dit is die beste en doeltreffendste toepassing. Vir ons leke is dit dalk meer akkuraat om te skat dat 'n 100 kWh-battery ongeveer 1 000 pond weeg. Soos 'n halwe ton.
Stel jou nou iets voor soos die nuwe Hummer SUT, wat beweer dat dit 'n krag aan boord van tot 213 kWh het. Selfs al vind die generaal 'n paar deurbrake in doeltreffendheid, sal die top Hummer steeds ongeveer 'n ton batterye sleep. Ja, dit sal verder ry, maar as gevolg van al hierdie bykomende voordele is die toename in reikafstand nie in ooreenstemming met die verdubbeling van die battery nie. Natuurlik moet sy vragmotor 'n kragtiger - dit wil sê minder doeltreffende - enjin hê om by te pas. Die werkverrigting van ligter, korter reeks alternatiewe. Soos elke motoringenieur (hetsy vir spoed of brandstofverbruik) jou sal vertel, is gewig die vyand.
Dit is waar die strukturele battery inkom. Deur motors van batterye te bou in plaas daarvan om dit by bestaande strukture te voeg, verdwyn die meeste van die bykomende gewig. In 'n sekere mate - dit wil sê wanneer alle strukturele dinge in batterye omskep word - lei die verhoging van die motor se kruisafstand tot byna geen gewigsverlies nie.
Soos jy sou verwag - want ek weet jy sit daar en dink "Wat 'n goeie idee!" - is daar struikelblokke vir hierdie slim oplossing. Die eerste is om die vermoë te bemeester om batterye te maak van materiale wat nie net as anodes en katodes vir enige basiese battery gebruik kan word nie, maar ook so sterk genoeg - en baie lig! -'n Struktuur wat 'n tweetonmotor en sy passasiers kan ondersteun, en daar word gehoop dat dit veilig sal wees.
Dit is nie verbasend nie, die twee hoofkomponente van die kragtigste strukturele battery tot dusver, gemaak deur Chalmers Universiteit van Tegnologie en belê deur KTH Royal Institute of Technology, Swede se twee bekendste ingenieursuniversiteite, is koolstofvesel en aluminium. In wese word koolstofvesel as die negatiewe elektrode gebruik; die positiewe elektrode gebruik litium-ysterfosfaat-bedekte aluminiumfoelie. Aangesien koolstofvesel ook elektrone gelei, is daar geen behoefte aan swaar silwer en koper nie. Die katode en anode word geskei gehou deur 'n glasveselmatriks wat ook 'n elektroliet bevat, sodat dit nie net litiumione tussen die elektrodes vervoer nie, maar ook die strukturele las tussen die twee versprei. Die nominale spanning van elke sodanige batterysel is 2,8 volt, en soos alle huidige elektriese voertuigbatterye, kan dit gekombineer word om die 400V of selfs 800V te produseer wat algemeen is vir alledaagse elektriese voertuie.
Alhoewel dit 'n duidelike sprong is, is selfs hierdie hoëtegnologie-selle glad nie gereed vir spitstyd nie. Hul energiedigtheid is slegs 'n weglaatbare 25 watt-uur per kilogram, en hul strukturele styfheid is 25 gigapascal (GPa), wat net 'n bietjie sterker is as die raamglasvesel. Met befondsing van die Sweedse Nasionale Ruimte-agentskap gebruik die jongste weergawe egter nou meer koolstofvesel in plaas van aluminiumfoelie-elektrodes, wat volgens navorsers styfheid en energiedigtheid het. Trouens, hierdie nuutste koolstof/koolstofbatterye sal na verwagting tot 75 watt-uur elektrisiteit per kilogram en 'n Young se modulus van 75 GPa produseer. Hierdie energiedigtheid kan steeds agter tradisionele litium-ioonbatterye bly, maar sy strukturele styfheid is nou beter as aluminium. Met ander woorde, die diagonale battery van die elektriese voertuigonderstel wat van hierdie batterye gemaak word, kan struktureel so sterk wees soos die battery wat van aluminium gemaak is, maar die gewig sal aansienlik verminder word.
Die eerste gebruik van hierdie hoëtegnologie-batterye is byna seker verbruikerselektronika. Chalmers-professor Leif Asp het gesê: “Oor ’n paar jaar is dit heeltemal moontlik om ’n slimfoon, skootrekenaar of elektriese fiets te maak wat net die helfte van vandag se gewig is en meer kompak is.” Soos die persoon in beheer van die projek egter uitgewys het, "Ons Dit word eintlik net deur ons verbeelding hier beperk."
Die battery is nie net die basis van moderne elektriese voertuie nie, maar ook sy swakste skakel. Selfs die mees optimistiese voorspelling kan net twee keer die huidige energiedigtheid sien. Wat as ons die ongelooflike reikafstand wil kry wat ons almal belowe het - en dit lyk of iemand elke week 1 000 kilometer per lading belowe? — Ons sal beter moet doen as om batterye by motors te voeg: ons sal motors van batterye moet maak.
Kenners sê dat tydelike herstel van sommige beskadigde roetes, insluitend die Coquihalla-hoofweg, etlike maande sal neem.
Postmedia is daartoe verbind om 'n aktiewe maar private gespreksforum te handhaaf en moedig alle lesers aan om hul menings oor ons artikels te deel. Dit kan tot 'n uur neem voordat kommentaar op die webwerf verskyn. Ons vra jou om jou kommentaar relevant en respekvol te hou. Ons het e-poskennisgewings geaktiveer - as jy 'n opmerking-reaksie ontvang, as 'n opmerkingdraad wat jy volg opgedateer is, of as jy 'n gebruiker se opmerking volg, sal jy nou 'n e-pos ontvang. Besoek asseblief ons gemeenskapsriglyne vir meer inligting en besonderhede oor hoe om e-posinstellings aan te pas.