Op de komende woensdag 24 november zal de laatste rondetafel van Driving into the Future bespreken hoe de toekomst van de Canadese batterijproductie eruit zou kunnen zien.Of je nu een optimist bent - je gelooft echt dat alle auto's in 2035 elektrisch zullen zijn - of je denkt dat we dat ambitieuze doel niet gaan halen, 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 deze woensdag om 11:00 uur Eastern Time naar de nieuwste rondetafelconferentie voor batterijproductie voor ons in Canada kijken.
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.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 vloer van het chassis te bouwen, waardoor een "skateboard" -platform ontstaat dat nu synoniem is met EV-ontwerp.Maar ze zijn nog steeds gescheiden van de auto.Een toevoeging, zo u 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, maar ook bepaalde delen van de carrosserie: A-stijlen, daken en zelfs, zoals een onderzoeksinstelling heeft aangetoond, is het mogelijk. luchtfilter kamer onder druk - niet alleen uitgerust met batterijen, maar eigenlijk gevormd door batterijen.In de woorden van de grote Marshall McLuhan, een auto is een batterij.
Hoewel moderne lithium-ionbatterijen er hightech uitzien, zijn ze zwaar.De energiedichtheid van lithium-ion is veel lager dan die van benzine, dus om dezelfde actieradius te bereiken als voertuigen op fossiele brandstof, zijn de batterijen in moderne elektrische auto's erg groot.Erg 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 lithium-ion ongeveer 250 wattuur elektriciteit kan opwekken.Of in de afkortingswereld, ingenieurs geven de voorkeur aan 250 Wh/kg.
Reken maar eens uit, een batterij van 100 kWh is als een Tesla die is aangesloten op een batterij van een Model S, wat betekent dat je overal waar je heen 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.Zoals een halve ton.
Stel je nu zoiets voor als de nieuwe Hummer SUT, die beweert een boordvermogen tot 213 kWh te hebben.Zelfs als de generaal enkele doorbraken in efficiëntie vindt, zal de top-Hummer nog steeds een ton aan batterijen meeslepen.Ja, hij zal verder rijden, maar door al deze extra voordelen staat de toename van de actieradius niet in verhouding tot de verdubbeling van de batterij.Natuurlijk moet de truck een krachtigere - dat wil zeggen minder efficiënte - motor hebben.De prestaties van lichtere alternatieven met een kortere actieradius.Zoals elke auto-ingenieur (of het nu om snelheid of brandstofbesparing gaat) je zal vertellen, is gewicht de vijand.
Hier komt de structurele batterij om de hoek kijken. Door auto's te bouwen van batterijen in plaats van ze toe te voegen aan bestaande structuren, verdwijnt het grootste deel van het toegevoegde gewicht.Tot op zekere hoogte - dat wil zeggen, wanneer alle structurele dingen worden omgezet in batterijen - leidt het vergroten van het rijbereik van de auto tot bijna 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 beheersen om batterijen te maken van materialen die niet alleen kunnen worden gebruikt als anoden en kathoden voor elke basisbatterij, maar ook zo sterk genoeg - en zeer licht!-Een structuur die een auto van twee ton en zijn passagiers kan dragen, en men hoopt 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 negatieve elektrode;de positieve elektrode maakt gebruik van aluminiumfolie met lithium-ijzerfosfaatcoating.Omdat koolstofvezel ook elektronen geleidt, is er geen noodzaak voor 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 elk van deze batterijcellen is 2,8 volt, en net als alle huidige batterijen van elektrische voertuigen kan deze worden gecombineerd om de 400V of zelfs 800V te produceren die gebruikelijk is voor alledaagse elektrische voertuigen.
Hoewel dit een duidelijke sprong is, zijn zelfs deze hightech cellen nog helemaal niet klaar voor prime time.Hun energiedichtheid is slechts een verwaarloosbare 25 wattuur per kilogram en hun structurele stijfheid is 25 gigapascal (GPa), wat slechts een klein beetje sterker is dan de glasvezel van het frame.Met financiering van het Zweedse National Space Agency gebruikt de nieuwste versie nu echter meer koolstofvezel in plaats van aluminiumfolie-elektroden, waarvan onderzoekers beweren dat ze stijfheid en energiedichtheid hebben.Sterker nog, deze nieuwste koolstof/koolstofbatterijen zullen naar verwachting tot 75 wattuur elektriciteit per kilogram produceren en een Young's 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 diagonale batterij van het elektrische voertuigchassis gemaakt van deze batterijen kan structureel even sterk zijn als de batterij gemaakt 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: "Het is heel goed mogelijk om binnen een paar jaar een smartphone, laptop of elektrische fiets te maken die slechts de helft weegt van vandaag en compacter is."Maar zoals de persoon die verantwoordelijk was voor het project opmerkte: "We 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 twee keer de huidige energiedichtheid zien.Wat als we de ongelooflijke actieradius willen krijgen die we allemaal hebben beloofd - en het lijkt erop dat iemand elke week 1.000 kilometer per lading belooft?— We zullen het beter moeten doen dan batterijen aan auto's toe te voegen: we zullen auto's van 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 tot een uur duren voordat reacties op de website verschijnen.We vragen u om uw opmerkingen relevant en respectvol te houden.We hebben e-mailmeldingen ingeschakeld. Als u een reactie op een reactie ontvangt, als een reactiethread die u volgt, wordt bijgewerkt of als u de opmerking van een gebruiker volgt, ontvangt u nu een e-mail.Bezoek onze Communityrichtlijnen voor meer informatie en details over het aanpassen van e-mailinstellingen.