چهارشنبه آینده، 24 نوامبر، آخرین میز گرد Driving to the Future در مورد آینده تولید باتری در کانادا بحث خواهد کرد. چه خوش بین باشید - واقعاً معتقدید که تا سال 2035 همه خودروها برقی خواهند شد - یا فکر می کنید ما به این هدف بلندپروازانه نخواهیم رسید، خودروهای باتری دار بخش مهمی از آینده ما هستند. اگر کانادا می‌خواهد بخشی از این انقلاب الکتریکی باشد، باید راهی پیدا کنیم تا در آینده به تولیدکننده پیشرو در سیستم‌های قدرت خودرو تبدیل شویم. برای اینکه ببینید آینده چگونه است، آخرین میزگرد تولید باتری را برای ما در کانادا این چهارشنبه ساعت 11 صبح به وقت شرقی تماشا کنید.
باتری های حالت جامد را فراموش کنید. همین امر در مورد همه تبلیغات در مورد آندهای سیلیکونی صدق می کند. حتی باتری هوای آلومینیومی که در خانه شارژ نمی شود، نمی تواند دنیای خودروهای الکتریکی را تکان دهد.
باتری ساختاری چیست؟ خب این سوال خوبی است. خوشبختانه برای من، که نمی خواهم وانمود کنم که ممکن است تخصص مهندسی نداشته باشم، پاسخ ساده است. خودروهای برقی فعلی با باتری های نصب شده در خودرو تغذیه می شوند. اوه، ما یک راه جدید برای پنهان کردن کیفیت آنها پیدا کرده‌ایم، این است که تمام این باتری‌های لیتیوم یونی را در کف شاسی قرار می‌دهیم و یک پلتفرم «اسکیت‌برد» ایجاد می‌کنیم که اکنون مترادف با طراحی EV است. اما هنوز از ماشین جدا هستند. اگر بخواهید یک افزونه
باتری‌های ساختاری با ساختن کل شاسی از سلول‌های باتری، این الگو را زیر و رو می‌کنند. در آینده‌ای که ظاهراً رویایی به نظر می‌رسد، نه تنها کف باربر به جای باتری‌ها، بلکه بخش‌های خاصی از بدنه - ستون‌های A، سقف‌ها و حتی همانطور که یک موسسه تحقیقاتی نشان داده است، ممکن است. فیلتر هوا اتاق تحت فشار - نه تنها مجهز به باتری است، بلکه در واقع از باتری تشکیل شده است. به قول مارشال مک لوهان بزرگ، ماشین یک باتری است.
خوب، اگرچه باتری‌های لیتیوم یون مدرن با تکنولوژی بالا به نظر می‌رسند، اما سنگین هستند. چگالی انرژی یون لیتیوم به مراتب کمتر از بنزین است، بنابراین برای دستیابی به محدوده مشابه با وسایل نقلیه سوخت فسیلی، باتری های خودروهای برقی مدرن بسیار بزرگ هستند. خیلی بزرگه
مهمتر از آن سنگین هستند. مانند سنگین در "بار گسترده". فرمول اصلی که در حال حاضر برای محاسبه چگالی انرژی باتری استفاده می شود این است که هر کیلوگرم یون لیتیوم می تواند حدود 250 وات ساعت برق تولید کند. یا در دنیای اختصاری، مهندسان 250 Wh/kg را ترجیح می دهند.
کمی حساب کنید، یک باتری 100 کیلووات ساعتی مانند یک تسلا است که به باتری مدل S وصل شده است، به این معنی که هر کجا بروید، حدود 400 کیلوگرم باتری را می کشید. این بهترین و کارآمدترین برنامه است. برای ما افراد غیرحرفه ای، ممکن است تخمین زدن اینکه یک باتری 100 کیلووات ساعتی حدود 1000 پوند وزن دارد، دقیق تر باشد. مانند نیم تن.
اکنون چیزی شبیه Hummer SUT جدید را تصور کنید که ادعا می‌کند قدرتی تا ۲۱۳ کیلووات ساعت دارد. حتی اگر ژنرال پیشرفت هایی در کارایی پیدا کند، هامر برتر همچنان حدود یک تن باتری را می کشد. بله، دورتر خواهد رفت، اما به دلیل همه این مزیت های اضافی، افزایش برد متناسب با دو برابر شدن باتری نیست. البته، کامیون آن باید دارای موتور قدرتمندتر - یعنی کارآمدتر - باشد. عملکرد جایگزین های سبک تر و برد کوتاه تر. همانطور که هر مهندس خودرو (چه برای سرعت یا مصرف سوخت) به شما خواهد گفت، وزن دشمن است.
این جایی است که باتری ساختاری وارد می شود. با ساخت اتومبیل از باتری به جای اضافه کردن آنها به ساختارهای موجود، بیشتر وزن اضافه شده از بین می رود. تا حدی - یعنی وقتی همه چیزهای ساختاری به باتری تبدیل می‌شوند - افزایش برد کروز خودرو تقریباً منجر به کاهش وزن نمی‌شود.
همانطور که انتظار دارید - چون می دانم که در آنجا نشسته اید و فکر می کنید "چه ایده خوبی است!" - موانعی برای این راه حل هوشمندانه وجود دارد. اولین مورد، تسلط بر توانایی ساخت باتری از موادی است که می توانند نه تنها به عنوان آند و کاتد برای هر باتری اصلی، بلکه به اندازه کافی قوی و بسیار سبک نیز استفاده شوند! -سازه ای که بتواند خودروی دو تنی و سرنشینان آن را پشتیبانی کند و امید است که در امان باشد.
جای تعجب نیست که دو جزء اصلی قدرتمندترین باتری ساختاری تا به امروز که توسط دانشگاه فناوری چالمرز ساخته شده و توسط موسسه فناوری سلطنتی KTH، دو دانشگاه مهندسی معروف سوئد، سرمایه گذاری شده است، فیبر کربن و آلومینیوم هستند. اساساً فیبر کربن به عنوان الکترود منفی استفاده می شود. الکترود مثبت از فویل آلومینیومی با روکش لیتیوم آهن فسفات استفاده می کند. از آنجایی که فیبر کربن نیز الکترون ها را هدایت می کند، نیازی به نقره و مس سنگین نیست. کاتد و آند توسط یک ماتریس فیبر شیشه‌ای که حاوی الکترولیت نیز می‌باشد جدا نگه داشته می‌شوند، بنابراین نه تنها یون‌های لیتیوم را بین الکترودها منتقل می‌کند، بلکه بار ساختاری را بین این دو توزیع می‌کند. ولتاژ اسمی هر سلول باتری 2.8 ولت است و مانند تمام باتری های فعلی خودروهای الکتریکی، می توان آن را برای تولید 400 ولت یا حتی 800 ولت رایج برای وسایل نقلیه الکتریکی روزمره ترکیب کرد.
اگرچه این یک جهش واضح است، اما حتی این سلول‌های با فناوری پیشرفته به هیچ وجه برای پرایم تایم آماده نیستند. چگالی انرژی آنها فقط 25 وات ساعت در هر کیلوگرم ناچیز است و سفتی ساختاری آنها 25 گیگا پاسکال (GPa) است که فقط کمی قوی تر از فیبر شیشه ای قاب است. با این حال، با بودجه آژانس ملی فضایی سوئد، اکنون آخرین نسخه از فیبر کربن بیشتری به جای الکترودهای فویل آلومینیومی استفاده می‌کند که محققان ادعا می‌کنند سفتی و چگالی انرژی دارند. در واقع، انتظار می‌رود این جدیدترین باتری‌های کربن/کربنی تا ۷۵ وات ساعت برق در هر کیلوگرم و مدول یانگ ۷۵ گیگا پاسکال تولید کنند. این چگالی انرژی ممکن است هنوز از باتری‌های لیتیوم یون سنتی عقب باشد، اما سفتی ساختاری آن در حال حاضر بهتر از آلومینیوم است. به عبارت دیگر، باتری مورب شاسی خودروی الکتریکی ساخته شده از این باتری ها ممکن است از نظر ساختاری به اندازه باتری ساخته شده از آلومینیوم قوی باشد، اما وزن آن به شدت کاهش می یابد.
اولین استفاده از این باتری های با تکنولوژی بالا تقریباً مطمئناً لوازم الکترونیکی مصرفی است. پروفسور لیف آسپ چالمرز گفت: «در چند سال، می‌توان گوشی هوشمند، لپ‌تاپ یا دوچرخه‌ای برقی ساخت که تنها نصف وزن امروزی باشد و جمع‌وجورتر باشد.» با این حال، همانطور که مسئول پروژه اشاره کرد، "ما در اینجا واقعاً فقط توسط تخیل ما محدود شده است."
باتری نه تنها اساس وسایل نقلیه الکتریکی مدرن است، بلکه ضعیف ترین حلقه آن است. حتی خوشبینانه‌ترین پیش‌بینی فقط دو برابر چگالی انرژی فعلی را می‌بیند. اگر بخواهیم برد باورنکردنی را که همه ما وعده داده ایم به دست آوریم - و به نظر می رسد که کسی هر هفته وعده 1000 کیلومتر در هر شارژ را می دهد؟ - ما باید بهتر از اضافه کردن باتری به خودروها عمل کنیم: باید از باتری خودرو بسازیم.
کارشناسان می گویند که تعمیر موقت برخی از مسیرهای آسیب دیده، از جمله بزرگراه کوکیهالا، چندین ماه طول خواهد کشید.
Postmedia متعهد به حفظ یک انجمن گفتگوی فعال اما خصوصی است و همه خوانندگان را تشویق می کند تا نظرات خود را در مورد مقالات ما به اشتراک بگذارند. ممکن است یک ساعت طول بکشد تا نظرات در وب سایت ظاهر شوند. از شما می خواهیم که نظرات خود را مرتبط و محترمانه نگه دارید. ما اعلان‌های ایمیل را فعال کرده‌ایم - اگر یک پاسخ نظر دریافت می‌کنید، اگر رشته نظری که دنبال می‌کنید به‌روزرسانی شود، یا اگر نظر یک کاربر را دنبال کنید، اکنون یک ایمیل دریافت خواهید کرد. لطفاً برای اطلاعات بیشتر و جزئیات در مورد نحوه تنظیم تنظیمات ایمیل، از دستورالعمل‌های انجمن ما دیدن کنید.