Predstojeće srijede, 24. novembra, na posljednjem okruglom stolu Driving into the Future raspravljat će se o tome kako bi mogla izgledati budućnost kanadske proizvodnje baterija. Bilo da ste optimista – zaista vjerujete da će svi automobili biti električni do 2035. – ili mislite da nećemo postići taj ambiciozni cilj, automobili na baterije su važan dio naše budućnosti. Ako Kanada želi biti dio ove električne revolucije, moramo pronaći način da u budućnosti postanemo vodeći proizvođač sistema za napajanje automobila. Da vidite kako izgleda budućnost, pogledajte najnoviji okrugli sto o proizvodnji baterija za nas u Kanadi ove srijede u 11:00 po istočnom vremenu.
Zaboravite na solid-state baterije. Isto važi i za svu hajku oko silicijumskih anoda. Čak ni hvaljena aluminij-vazdušna baterija koja se ne može puniti kod kuće ne može uzdrmati svijet električnih vozila.
Šta je strukturna baterija? Pa, ovo je dobro pitanje. Na moju sreću, koji ne želim da se pretvaram da možda nemam inženjersku stručnost, odgovor je jednostavan. Sadašnji električni automobili se napajaju baterijama ugrađenim u automobil. Oh, pronašli smo novi način da sakrijemo njihov kvalitet, a to je da sve ove litijum-jonske baterije ugradimo u pod šasije, stvarajući platformu „skejtbord“ koja je sada sinonim za EV dizajn. Ali i dalje su odvojeni od automobila. Dodatak, ako hoćete.
Strukturne baterije potkopavaju ovu paradigmu tako što čitavu šasiju čine od baterijskih ćelija. U naizgled sanjarskoj budućnosti, ne samo nosivi pod neće biti – a ne sadržavati baterije, već i pojedini dijelovi karoserije – A-stubovi, krovovi, pa čak i, kako je istraživačka institucija pokazala, moguće je, prostorija pod tlakom filtera zraka - ne samo da je opremljena baterijama, već je zapravo sastavljena od baterija. Po riječima velikog Marshalla McLuhana, automobil je baterija.
Pa, iako moderne litijum-jonske baterije izgledaju visokotehnološko, one su teške. Gustoća energije litijum jona je daleko manja od one u benzinu, tako da da bi se postigao isti domet kao i vozila na fosilna goriva, baterije u modernim električnim vozilima su veoma velike. Veoma veliki.
Što je još važnije, teški su. Kao što je teško u “širokom opterećenju”. Osnovna formula koja se trenutno koristi za izračunavanje gustine energije baterije je da svaki kilogram litijum jona može proizvesti oko 250 vat-sati električne energije. Ili u svijetu skraćenica, inženjeri preferiraju, 250 Wh/kg.
Računajte malo, baterija od 100 kWh je kao Tesla priključena na model S bateriju, što znači da gdje god da krenete, vući ćete oko 400 kg baterije. Ovo je najbolja i najefikasnija aplikacija. Za nas laike je možda tačnije procijeniti da baterija od 100 kWh teži oko 1000 funti. Kao pola tone.
Sada zamislite nešto poput novog Hummer SUT-a, koji tvrdi da ima ugrađenu snagu do 213 kWh. Čak i ako general pronađe neki napredak u efikasnosti, vrhunski Hummer će i dalje nositi oko tone baterija. Da, vozit će se dalje, ali zbog svih ovih dodatnih prednosti, povećanje dometa nije srazmjerno udvostručenju baterije. Naravno, njegov kamion mora imati snažniji – odnosno manje efikasan – motor koji će mu odgovarati. Performanse lakših alternativa kraćeg dometa. Kao što će vam svaki automobilski inženjer (bilo za brzinu ili ekonomičnost goriva) reći, težina je neprijatelj.
Tu dolazi strukturalna baterija. Izgradnjom automobila od baterija umjesto njihovim dodavanjem 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 tamo i razmišljate “Kakva sjajna ideja!” – postoje prepreke za ovo pametno rješenje. 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 jake - i vrlo lagane! -Konstrukcija koja može da izdrži automobil od dve tone i njegove putnike, a nadamo se da će biti sigurna.
Nije iznenađujuće da su dvije glavne komponente najmoćnije strukturne baterije do sada, koju je napravio Chalmers University of Technology i uložio KTH Royal Institute of Technology, dva najpoznatija švedska inženjerska univerziteta - su karbonska vlakna i aluminijum. U suštini, karbonska vlakna se koriste kao negativna elektroda; pozitivna elektroda koristi aluminijsku foliju obloženu litijum željeznim fosfatom. Budući da karbonska vlakna također provode elektrone, nema potrebe za teškim srebrom i bakrom. Katoda i anoda su odvojene pomoću matrice od staklenih vlakana koja takođe sadrži elektrolit, tako da ne samo da prenosi litijum ione između elektroda, već i raspoređuje strukturno opterećenje između njih. Nominalni napon svake takve baterijske ćelije je 2,8 volti, i kao i sve trenutne baterije električnih vozila, može se kombinirati za proizvodnju 400V ili čak 800V uobičajenih za svakodnevna električna vozila.
Iako je ovo jasan skok, čak ni ove visokotehnološke ćelije uopće nisu spremne za udarno vrijeme. Gustoća energije im je samo zanemarljivih 25 vat-sati po kilogramu, a strukturna krutost 25 gigapaskala (GPa), što je samo malo jače od staklenih vlakana okvira. Međutim, uz finansiranje Švedske nacionalne svemirske agencije, najnovija verzija sada koristi više karbonskih vlakana umjesto elektroda od aluminijske folije, za koje istraživači tvrde da imaju krutost i gustinu energije. U stvari, očekuje se da će ove najnovije karbonske/ugljične baterije proizvesti do 75 vat-sati električne energije po kilogramu i Youngov modul od 75 GPa. Ova gustoća energije možda i dalje zaostaje za tradicionalnim litijum-jonskim baterijama, ali njena strukturna krutost je sada bolja od aluminijumske. Drugim riječima, dijagonalna baterija šasije električnog vozila napravljena od ovih baterija može biti strukturno jaka kao baterija napravljena od aluminija, ali će težina biti znatno smanjena.
Prva upotreba ovih baterija visoke tehnologije je gotovo sigurno potrošačka elektronika. Profesor iz Chalmersa Leif Asp rekao je: “Za nekoliko godina potpuno je moguće napraviti pametni telefon, laptop ili električni bicikl koji je samo upola manji od današnjeg i kompaktniji je.” Međutim, kao što je istakla osoba zadužena za projekat, „Mi smo ovde zapravo ograničeni samo našom maštom.”
Baterija nije samo osnova modernih električnih vozila, već i njegova najslabija karika. Čak i najoptimističnija prognoza može vidjeti samo dvostruko veću trenutnu gustinu energije. Šta ako želimo da dobijemo neverovatan domet koji smo svi obećali — a čini se da neko svake nedelje obećava 1.000 kilometara po punjenju? — Moraćemo da radimo bolje od dodavanja baterija u automobile: moraćemo da pravimo automobile od baterija.
Stručnjaci kažu da će privremena sanacija nekih oštećenih trasa, uključujući autoput Coquihalla, trajati nekoliko mjeseci.
Postmedia je posvećena održavanju aktivnog, ali privatnog foruma za diskusiju i potiče sve čitatelje da podijele svoje stavove o našim člancima. Može proći do sat vremena dok se komentari ne pojave na web stranici. Molimo vas da svoje komentare održite relevantnim i uvažavajućim. Omogućili smo obavještenja putem e-pošte - ako dobijete odgovor na komentar, ako se ažurira nit komentara koju pratite ili ako pratite komentar korisnika, sada ćete dobiti e-poštu. Posjetite naše Smjernice zajednice za više informacija i detalje o tome kako prilagoditi postavke e-pošte.