Op aanstaande woensdag 24 november zal tijdens de laatste rondetafelconferentie van Driving into the Future worden besproken hoe de toekomst van de Canadese batterijproductie eruit zou kunnen zien. Of je nu een optimist bent – ​​je gelooft echt dat in 2035 alle auto’s elektrisch zullen zijn – of je denkt dat we dat ambitieuze doel niet zullen bereiken, auto’s op batterijen zijn een belangrijk onderdeel van onze toekomst. Als Canada deel wil uitmaken van deze elektrische revolutie, moeten we een manier vinden om in de toekomst de toonaangevende fabrikant van aandrijfsystemen voor auto’s te worden. Om te zien hoe de toekomst eruit ziet, kunt u aanstaande woensdag om 11.00 uur Eastern Time de laatste rondetafelconferentie over de productie van batterijen voor ons in Canada bekijken.
Vergeet solid-state batterijen. Hetzelfde geldt voor alle hype rond siliciumanodes. Zelfs de geroemde aluminium-luchtbatterij die thuis niet kan worden opgeladen, kan de wereld van elektrische voertuigen niet op zijn kop zetten.
Wat is een structurele batterij? Nou, dit is een goede vraag. Gelukkig voor mij, die niet wil doen alsof ik geen technische expertise heb, is het antwoord simpel. De huidige elektrische auto’s worden aangedreven door batterijen die in de auto zijn geïnstalleerd. Oh, we hebben een nieuwe manier gevonden om hun kwaliteit te verbergen, namelijk door al deze lithium-ionbatterijen in de bodem van het chassis te bouwen, waardoor een ‘skateboard’-platform ontstaat dat nu synoniem is met EV-ontwerp. Maar ze staan ​​nog steeds los van de auto. Een extraatje, zo je wilt.
Structurele batterijen ondermijnen dit paradigma door het hele chassis van batterijcellen te maken. In een ogenschijnlijk droomachtige toekomst zal niet alleen de dragende vloer batterijen bevatten in plaats van deze te bevatten, maar zullen ook bepaalde delen van de carrosserie-A-stijlen, daken en zelfs, zoals een onderzoeksinstituut heeft aangetoond, mogelijk zijn. luchtfilterkamer onder druk - niet alleen uitgerust met batterijen, maar feitelijk bestaande uit batterijen. In de woorden van de grote maarschalk McLuhan: een auto is een batterij.
Hoewel moderne lithium-ionbatterijen er hightech uitzien, zijn ze zwaar. De energiedichtheid van lithium-ion is veel kleiner dan die van benzine, dus om dezelfde actieradius te bereiken als voertuigen op fossiele brandstoffen zijn de batterijen in moderne elektrische voertuigen erg groot. Heel groot.
Wat nog belangrijker is, ze zijn zwaar. Zoals zwaar in “brede belasting”. De basisformule die momenteel wordt gebruikt om de energiedichtheid van een batterij te berekenen, is dat elke kilogram lithiumion ongeveer 250 wattuur elektriciteit kan opwekken. Of in de wereld van de afkortingen geven ingenieurs de voorkeur aan 250 Wh/kg.
Reken maar eens uit: een batterij van 100 kWh is als een Tesla die is aangesloten op een Model S-batterij, wat betekent dat je waar je ook gaat ongeveer 400 kg batterij meesleept. Dit is de beste en meest efficiënte toepassing. Voor ons leken is het misschien nauwkeuriger om te schatten dat een batterij van 100 kWh ongeveer 1.000 pond weegt. Bijvoorbeeld een halve ton.
Stel je nu zoiets voor als de nieuwe Hummer SUT, die beweert een boordvermogen van maximaal 213 kWh te hebben. Zelfs als de generaal enkele doorbraken in efficiëntie vindt, zal de beste Hummer nog steeds ongeveer een ton batterijen meeslepen. Ja, hij zal verder rijden, maar door al deze extra voordelen staat de vergroting van de actieradius niet in verhouding tot de verdubbeling van de accu. Natuurlijk moet zijn truck een krachtigere – dat wil zeggen minder efficiënte – motor hebben. De prestaties van lichtere alternatieven met een korter bereik. Zoals elke auto-ingenieur (of het nu gaat om snelheid of brandstofverbruik) je zal vertellen: gewicht is de vijand.
Dit is waar de structurele batterij in beeld komt. Door auto's te bouwen uit batterijen in plaats van ze toe te voegen aan bestaande constructies, verdwijnt het grootste deel van het toegevoegde gewicht. Tot op zekere hoogte (dat wil zeggen, wanneer alle structurele zaken zijn omgezet in batterijen) leidt het vergroten van de actieradius van de auto tot vrijwel geen gewichtsverlies.
Zoals je zou verwachten – omdat ik weet dat je daar zit te denken: “Wat een geweldig idee!” – zijn er obstakels voor deze slimme oplossing. De eerste is het vermogen onder de knie te krijgen om batterijen te maken van materialen die niet alleen kunnen worden gebruikt als anoden en kathodes voor elke basisbatterij, maar ook sterk genoeg zijn – en heel licht! -Een constructie die een auto van twee ton en zijn passagiers kan ondersteunen, en er wordt gehoopt dat deze veilig zal zijn.
Het is niet verrassend dat de twee belangrijkste componenten van de krachtigste structurele batterij tot nu toe – gemaakt door Chalmers University of Technology en geïnvesteerd door KTH Royal Institute of Technology, de twee beroemdste technische universiteiten van Zweden – koolstofvezel en aluminium zijn. In wezen wordt koolstofvezel gebruikt als de negatieve elektrode; de positieve elektrode maakt gebruik van met lithiumijzerfosfaat gecoate aluminiumfolie. Omdat koolstofvezel ook elektronen geleidt, is er geen behoefte aan zwaar zilver en koper. De kathode en anode worden gescheiden gehouden door een glasvezelmatrix die ook een elektrolyt bevat, zodat deze niet alleen lithiumionen tussen de elektroden transporteert, maar ook de structurele belasting tussen de twee verdeelt. De nominale spanning van elke dergelijke batterijcel is 2,8 volt, en net als alle huidige accu's voor elektrische voertuigen kan deze worden gecombineerd om de 400 V of zelfs 800 V te produceren die gebruikelijk is voor gewone elektrische voertuigen.
Hoewel dit een duidelijke sprong is, zijn zelfs deze hightechcellen helemaal niet klaar voor prime time. Hun energiedichtheid bedraagt ​​slechts een verwaarloosbare 25 wattuur per kilogram, en hun structurele stijfheid bedraagt ​​25 gigapascal (GPa), wat slechts een klein beetje sterker is dan de glasvezel van het frame. Met financiering van de Zweedse Nationale Ruimtevaartorganisatie gebruikt de nieuwste versie nu echter meer koolstofvezels in plaats van aluminiumfolie-elektroden, waarvan onderzoekers beweren dat ze stijfheid en energiedichtheid hebben. Verwacht wordt dat deze nieuwste koolstof/koolstofbatterijen tot 75 wattuur elektriciteit per kilogram zullen produceren en een Young-modulus van 75 GPa. Deze energiedichtheid kan nog steeds achterblijven bij traditionele lithium-ionbatterijen, maar de structurele stijfheid is nu beter dan die van aluminium. Met andere woorden: de diagonaalbatterij van het elektrische voertuigchassis, gemaakt van deze batterijen, kan structureel net zo sterk zijn als de batterij van aluminium, maar het gewicht zal aanzienlijk worden verminderd.
Het eerste gebruik van deze hightech batterijen is vrijwel zeker consumentenelektronica. Chalmers Professor Leif Asp zei: “Binnen een paar jaar is het heel goed mogelijk om een ​​smartphone, laptop of elektrische fiets te maken die slechts de helft weegt van vandaag en compacter is.” Maar zoals de persoon die de leiding had over het project opmerkte: “Wij worden hier eigenlijk alleen beperkt door onze verbeeldingskracht.”
De batterij is niet alleen de basis van moderne elektrische voertuigen, maar ook de zwakste schakel. Zelfs de meest optimistische voorspelling kan slechts tweemaal de huidige energiedichtheid zien. Wat als we de ongelooflijke actieradius willen hebben die we allemaal hebben beloofd – en het lijkt erop dat iemand elke week 1.000 kilometer per oplaadbeurt belooft? — We zullen het beter moeten doen dan batterijen aan auto's toevoegen: we zullen auto's uit batterijen moeten maken.
Experts zeggen dat het tijdelijke herstel van sommige beschadigde routes, waaronder de snelweg Coquihalla, enkele maanden zal duren.
Postmedia zet zich in voor het onderhouden van een actief maar besloten discussieforum en moedigt alle lezers aan om hun mening over onze artikelen te delen. Het kan een uur duren voordat reacties op de website verschijnen. Wij vragen u om uw opmerkingen relevant en respectvol te houden. We hebben e-mailmeldingen ingeschakeld: als u een reactie ontvangt, als een reactiethread die u volgt wordt bijgewerkt of als u de reactie van een gebruiker volgt, ontvangt u nu een e-mail. Bezoek onze Communityrichtlijnen voor meer informatie en details over het aanpassen van e-mailinstellingen.