På den kommende onsdag den 24. november vil den seneste rundbordssamtale af Driving into the Future diskutere, hvordan fremtiden for canadisk batteriproduktion kan se ud. Uanset om du er optimist - du virkelig tror på, at alle biler vil være elektriske i 2035 - eller du tror, ​​vi ikke når det ambitiøse mål, er batteridrevne biler en vigtig del af vores fremtid. Hvis Canada ønsker at være en del af denne elektriske revolution, er vi nødt til at finde en måde at blive den førende producent af bilkraftsystemer i fremtiden. For at se, hvordan fremtiden ser ud, kan du se det seneste rundbordsbord for batteriproduktion for os i Canada på onsdag kl. 11:00 Eastern Time.
Glem alt om solid-state batterier. Det samme gælder al hypen om siliciumanoder. Selv det berygtede aluminium-luftbatteri, der ikke kan oplades derhjemme, kan ikke ryste elbilernes verden.
Hvad er et strukturelt batteri? Nå, det er et godt spørgsmål. Heldigvis for mig, som ikke vil lade som om, at jeg måske ikke har ingeniørekspertise, er svaret enkelt. Nuværende elbiler drives af batterier installeret i bilen. Åh, vi har fundet en ny måde at skjule deres kvalitet på, som er at bygge alle disse lithium-ion-batterier ind i chassisets gulv, hvilket skaber en "skateboard"-platform, der nu er synonymt med EV-design. Men de er stadig adskilt fra bilen. En tilføjelse, om du vil.
Strukturelle batterier undergraver dette paradigme ved at lave hele chassiset af battericeller. I en tilsyneladende drømmeagtig fremtid vil ikke kun det bærende gulv være - i stedet for at indeholde batterier, men visse dele af kroppen - A-stolper, tage, og endda, som en forskningsinstitution har vist, er det muligt , luftfilter under tryk - ikke kun udstyret med batterier, men består faktisk af batterier. Med den store Marshall McLuhans ord er en bil et batteri.
Nå, selvom moderne lithium-ion-batterier ser højteknologiske ud, er de tunge. Energitætheden af ​​lithium-ion er langt mindre end for benzin, så for at opnå samme rækkevidde som køretøjer med fossile brændstoffer er batterierne i moderne elbiler meget store. Meget stor.
Endnu vigtigere er de tunge. Såsom tung i "bred belastning". Den grundlæggende formel, der i øjeblikket bruges til at beregne energitætheden af ​​et batteri, er, at hvert kilo lithium-ion kan generere omkring 250 watt-timers elektricitet. Eller i forkortelsesverdenen foretrækker ingeniører, 250 Wh/kg.
Gør et lille regnestykke, et 100 kWh batteri er som en Tesla sat i et Model S batteri, hvilket betyder, at uanset hvor du går, vil du trække omkring 400 kg batteri. Dette er den bedste og mest effektive applikation. For os lægmænd kan det være mere præcist at anslå, at et batteri på 100 kWh vejer omkring 1.000 pund. Såsom et halvt ton.
Forestil dig nu noget som den nye Hummer SUT, som hævder at have en indbygget effekt på op til 213 kWh. Selv hvis generalen finder nogle gennembrud i effektivitet, vil den øverste Hummer stadig trække omkring et ton batterier. Ja, det vil køre længere, men på grund af alle disse yderligere fordele er stigningen i rækkevidde ikke i forhold til fordoblingen af ​​batteriet. Selvfølgelig skal dens lastbil have en mere kraftfuld - det vil sige mindre effektiv - motor, der matcher. Ydeevnen af ​​lettere alternativer med kortere rækkevidde. Som enhver bilingeniør (hvad enten det drejer sig om hastighed eller brændstoføkonomi) vil fortælle dig, er vægten fjenden.
Det er her, det strukturelle batteri kommer ind i billedet. Ved at bygge biler af batterier i stedet for at tilføje dem til eksisterende strukturer, forsvinder det meste af den ekstra vægt. Til en vis grad – altså når alle strukturelle ting bliver omdannet til batterier – fører en forøgelse af bilens rækkevidde til næsten intet vægttab.
Som du ville forvente - fordi jeg ved, du sidder der og tænker "Sikke en god idé!" - er der hindringer for denne smarte løsning. Den første er at mestre evnen til at lave batterier af materialer, der ikke kun kan bruges som anoder og katoder til ethvert grundlæggende batteri, men også så stærke nok - og meget lette! -En struktur, der kan understøtte en to-tons bil og dens passagerer, og det er håbet, at den vil være sikker.
Ikke overraskende er de to hovedkomponenter i det mest kraftfulde strukturelle batteri til dato lavet af Chalmers Tekniske Universitet og investeret af KTH Royal Institute of Technology, Sveriges to mest berømte ingeniøruniversiteter, kulfiber og aluminium. I det væsentlige bruges kulfiber som den negative elektrode; den positive elektrode bruger lithiumjernfosfatbelagt aluminiumsfolie. Da kulfiber også leder elektroner, er der ikke behov for tungt sølv og kobber. Katoden og anoden holdes adskilt af en glasfibermatrix, der også indeholder en elektrolyt, så den ikke kun transporterer lithium-ioner mellem elektroderne, men også fordeler den strukturelle belastning mellem de to. Den nominelle spænding for hver sådan battericelle er 2,8 volt, og ligesom alle nuværende elektriske køretøjsbatterier kan den kombineres til at producere de 400V eller endda 800V, der er almindelige for almindelige elektriske køretøjer.
Selvom dette er et klart spring, er selv disse højteknologiske celler slet ikke klar til bedste sendetid. Deres energitæthed er kun ubetydelige 25 watt-timer pr. kilogram, og deres strukturelle stivhed er 25 gigapascal (GPa), hvilket kun er en lille smule stærkere end rammeglasfiberen. Men med finansiering fra det svenske rumfartsstyrelse bruger den seneste version nu mere kulfiber i stedet for aluminiumsfolieelektroder, som forskere hævder har stivhed og energitæthed. Faktisk forventes disse seneste kulstof/kulstof-batterier at producere op til 75 watt-timers elektricitet pr. kilogram og et Young's modul på 75 GPa. Denne energitæthed kan stadig halte bagefter traditionelle lithium-ion-batterier, men dens strukturelle stivhed er nu bedre end aluminium. Med andre ord kan elbilchassisets diagonale batteri lavet af disse batterier være strukturelt lige så stærkt som batteriet lavet af aluminium, men vægten vil blive stærkt reduceret.
Den første brug af disse højteknologiske batterier er næsten helt sikkert forbrugerelektronik. Chalmers-professor Leif Asp sagde: "Om få år er det fuldt ud muligt at lave en smartphone, laptop eller elcykel, der kun vejer halvdelen af ​​i dag og er mere kompakt." Men som den ansvarlige for projektet påpegede, "Vi er virkelig kun begrænset af vores fantasi her."
Batteriet er ikke kun grundlaget for moderne elektriske køretøjer, men også dets svageste led. Selv den mest optimistiske prognose kan kun se det dobbelte af den nuværende energitæthed. Hvad hvis vi ønsker at få den utrolige rækkevidde, som vi alle har lovet - og det ser ud til, at nogen hver uge lover 1.000 kilometer pr. opladning? — Vi bliver nødt til at gøre det bedre end at tilføje batterier til biler: Vi bliver nødt til at lave biler af batterier.
Eksperter siger, at midlertidig reparation af nogle beskadigede ruter, herunder Coquihalla-motorvejen, vil tage flere måneder.
Postmedia er forpligtet til at opretholde et aktivt, men privat diskussionsforum og opfordrer alle læsere til at dele deres synspunkter om vores artikler. Det kan tage op til en time, før kommentarer vises på hjemmesiden. Vi beder dig om at holde dine kommentarer relevante og respektfulde. Vi har aktiveret e-mail-notifikationer - hvis du modtager et kommentarsvar, hvis en kommentartråd, du følger, er opdateret, eller hvis du følger en brugers kommentar, vil du nu modtage en e-mail. Besøg vores retningslinjer for fællesskabet for at få flere oplysninger og detaljer om, hvordan du justerer e-mail-indstillinger.