Den kommende onsdagen 24. november vil den siste rundebordsrunden til Driving into the Future diskutere hvordan fremtiden for kanadisk batteriproduksjon kan se ut. Enten du er optimist - du virkelig tror at alle biler vil være elektriske innen 2035 - eller du tror vi ikke vil nå det ambisiøse målet, er batteridrevne biler en viktig del av fremtiden vår. Hvis Canada ønsker å være en del av denne elektriske revolusjonen, må vi finne en måte å bli den ledende produsenten av bilkraftsystemer i fremtiden. For å se hvordan fremtiden ser ut, se den siste rundebordskonferansen for batteriproduksjon for oss i Canada denne onsdagen klokken 11:00 Eastern Time.
Glem solid-state batterier. Det samme gjelder all hypen om silisiumanoder. Selv det beryktede aluminium-luftbatteriet som ikke kan lades hjemme kan ikke ryste elbilenes verden.
Hva er et strukturelt batteri? Vel, dette er et godt spørsmål. Heldigvis for meg, som ikke vil late som om jeg kanskje ikke har ingeniørkompetanse, er svaret enkelt. Dagens elbiler drives av batterier installert i bilen. Åh, vi har funnet en ny måte å skjule kvaliteten deres på, som er å bygge alle disse litium-ion-batteriene inn i gulvet på chassiset, og skape en "skateboard"-plattform som nå er synonymt med EV-design. Men de er fortsatt atskilt fra bilen. Et tillegg, om du vil.
Strukturelle batterier undergraver dette paradigmet ved å lage hele chassiset av battericeller. I en tilsynelatende drømmeaktig fremtid vil ikke bare det bærende gulvet være-i stedet for å inneholde batterier, men visse deler av kroppen-A-stolper, tak, og til og med, som en forskningsinstitusjon har vist, er det mulig , luftfilter trykksatt rom - ikke bare utstyrt med batterier, men består faktisk av batterier. Med den store Marshall McLuhans ord, er en bil et batteri.
Vel, selv om moderne litium-ion-batterier ser høyteknologiske ut, er de tunge. Energitettheten til litiumion er langt mindre enn for bensin, så for å oppnå samme rekkevidde som kjøretøyer med fossilt brensel, er batteriene i moderne elbiler veldig store. Veldig stor.
Enda viktigere, de er tunge. Slik som tung i "bred belastning". Den grunnleggende formelen som for tiden brukes til å beregne energitettheten til et batteri er at hvert kilo litiumion kan generere omtrent 250 wattimer med elektrisitet. Eller i forkortelsesverden, foretrekker ingeniører, 250 Wh/kg.
Gjør litt regnestykker, et 100 kWh-batteri er som en Tesla koblet til et Model S-batteri, noe som betyr at uansett hvor du går, vil du dra med deg rundt 400 kg batteri. Dette er den beste og mest effektive applikasjonen. For oss lekmenn kan det være mer nøyaktig å anslå at et batteri på 100 kWh veier rundt 1000 pund. Slik som et halvt tonn.
Tenk deg nå noe sånt som den nye Hummer SUT, som hevder å ha en innebygd effekt på opptil 213 kWh. Selv om generalen finner noen gjennombrudd når det gjelder effektivitet, vil den øverste Hummeren fortsatt dra med seg et tonn med batterier. Ja, den vil kjøre lenger, men på grunn av alle disse tilleggsfordelene, er ikke økningen i rekkevidde i forhold til doblingen av batteriet. Selvfølgelig må lastebilen ha en kraftigere - det vil si mindre effektiv - motor for å matche. Ytelsen til lettere alternativer med kortere rekkevidde. Som enhver bilingeniør (enten for hastighet eller drivstofføkonomi) vil fortelle deg, er vekten fienden.
Det er her det strukturelle batteriet kommer inn. Ved å bygge biler av batterier i stedet for å legge dem til eksisterende strukturer, forsvinner det meste av tilleggsvekten. Til en viss grad – det vil si når alle strukturelle ting gjøres om til batterier – fører en økning av bilens rekkevidde til nesten ingen vekttap.
Som du forventer - fordi jeg vet at du sitter der og tenker "For en god idé!" - er det hindringer for denne smarte løsningen. Den første er å mestre evnen til å lage batterier fra materialer som ikke bare kan brukes som anoder og katoder for ethvert grunnleggende batteri, men også som sterke nok - og veldig lette! -En struktur som kan bære en to-tonns bil og dens passasjerer, og man håper at den skal være trygg.
Ikke overraskende er de to hovedkomponentene i det kraftigste strukturelle batteriet til dags dato laget av Chalmers tekniska universitet og investert av KTH Royal Institute of Technology, Sveriges to mest kjente ingeniøruniversiteter karbonfiber og aluminium. I hovedsak brukes karbonfiber som negativ elektrode; den positive elektroden bruker litiumjernfosfatbelagt aluminiumsfolie. Siden karbonfiber også leder elektroner, er det ikke behov for tungt sølv og kobber. Katoden og anoden holdes atskilt av en glassfibermatrise som også inneholder en elektrolytt, så den transporterer ikke bare litiumioner mellom elektrodene, men fordeler også den strukturelle belastningen mellom de to. Den nominelle spenningen til hver slik battericelle er 2,8 volt, og som alle nåværende elektriske kjøretøybatterier, kan den kombineres for å produsere 400V eller til og med 800V som er vanlig for vanlige elektriske kjøretøyer.
Selv om dette er et klart sprang, er ikke selv disse høyteknologiske cellene klare for beste sendetid i det hele tatt. Deres energitetthet er bare ubetydelige 25 watt-timer per kilogram, og deres strukturelle stivhet er 25 gigapascal (GPa), som bare er litt sterkere enn rammeglassfiberen. Men med finansiering fra det svenske romfartsverket bruker den siste versjonen nå mer karbonfiber i stedet for aluminiumsfolieelektroder, som forskere hevder har stivhet og energitetthet. Faktisk forventes disse nyeste karbon/karbon-batteriene å produsere opptil 75 watt-timer elektrisitet per kilogram og en Youngs modul på 75 GPa. Denne energitettheten kan fortsatt ligge bak tradisjonelle litium-ion-batterier, men dens strukturelle stivhet er nå bedre enn aluminium. Med andre ord kan det elektriske kjøretøyets diagonalbatteri laget av disse batteriene være strukturelt like sterkt som batteriet laget av aluminium, men vekten vil bli kraftig redusert.
Den første bruken av disse høyteknologiske batteriene er nesten helt sikkert forbrukerelektronikk. Chalmers-professor Leif Asp sa: "Om noen år er det fullt mulig å lage en smarttelefon, bærbar PC eller elsykkel som bare veier halvparten av dagens og er mer kompakt." Imidlertid, som den ansvarlige for prosjektet påpekte, "Vi er egentlig bare begrenset av fantasien vår her."
Batteriet er ikke bare grunnlaget for moderne elektriske kjøretøy, men også dets svakeste ledd. Selv den mest optimistiske prognosen kan bare se dobbelt så mye energitetthet. Hva om vi ønsker å få den utrolige rekkevidden vi alle har lovet – og det ser ut til at noen hver uke lover 1000 kilometer per lading? — Vi må gjøre det bedre enn å legge batterier til biler: vi må lage biler av batterier.
Eksperter sier at midlertidig reparasjon av noen skadede ruter, inkludert Coquihalla-motorveien, vil ta flere måneder.
Postmedia er forpliktet til å opprettholde et aktivt, men privat diskusjonsforum og oppfordrer alle lesere til å dele sine synspunkter på artiklene våre. Det kan ta opptil en time før kommentarer vises på nettstedet. Vi ber deg om å holde kommentarene dine relevante og respektfulle. Vi har aktivert e-postvarsler - hvis du mottar et kommentarsvar, hvis en kommentartråd du følger er oppdatert, eller hvis du følger en brukers kommentar, vil du nå motta en e-post. Se våre retningslinjer for fellesskapet for mer informasjon og detaljer om hvordan du justerer e-postinnstillinger.