A közelgő szerdán, november 24-én a Driving in the Future legújabb kerekasztala megvitatja, hogyan nézhet ki a kanadai akkumulátorgyártás jövője. Akár optimista – valóban hisz abban, hogy 2035-re minden autó elektromos lesz –, akár úgy gondolja, hogy nem fogjuk elérni ezt az ambiciózus célt, az akkumulátoros autók jövőnk fontos részét képezik. Ha Kanada részese akar lenni ennek az elektromos forradalomnak, meg kell találnunk a módját, hogy a jövőben az autóipari energiarendszerek vezető gyártójává váljunk. Ha látni szeretné, hogyan néz ki a jövő, nézze meg a legújabb akkumulátorgyártási kerekasztal-beszélgetést Kanadában ezen a szerdán, keleti idő szerint 11:00-kor.
Felejtsd el a szilárdtest akkumulátorokat. Ugyanez vonatkozik a szilícium anódokkal kapcsolatos hírverésre. Még az otthon nem tölthető alumínium-levegő akkumulátor sem rendítheti meg az elektromos járművek világát.
Mi az a szerkezeti akkumulátor? Nos, ez jó kérdés. Szerencsére nekem, aki nem akar úgy tenni, mintha nem rendelkezne mérnöki szakértelemmel, a válasz egyszerű. A jelenlegi elektromos autókat az autóba helyezett akkumulátorok táplálják. Ó, új módot találtunk minőségük elrejtésére: ezeket a lítium-ion akkumulátorokat az alváz padlójába építjük, így létrehozunk egy „gördeszka” platformot, amely ma már az elektromos járművek tervezésének szinonimája. De még mindig külön vannak az autótól. Kiegészítés, ha úgy tetszik.
A szerkezeti akkumulátorok felforgatják ezt a paradigmát azáltal, hogy a teljes házat akkumulátorcellákból készítik. Egy álomszerűnek tűnő jövőben nemcsak a teherhordó padló lesz – nem pedig akkuk –, hanem a karosszéria egyes részei – A-oszlopok, tetők, sőt, mint egy kutatóintézet kimutatta, lehetséges, légszűrő túlnyomásos helyiség – nemcsak elemekkel van felszerelve, hanem valójában akkumulátorokból áll. A nagy Marshall McLuhan szavaival élve, az autó egy akkumulátor.
Nos, bár a modern lítium-ion akkumulátorok csúcstechnológiásnak tűnnek, nehézek. A lítium-ion energiasűrűsége jóval kisebb, mint a benziné, így a fosszilis tüzelőanyaggal működő járművekével azonos hatótávolság eléréséhez a modern elektromos járművek akkumulátorai nagyon nagyok. Nagyon nagy.
Ennél is fontosabb, hogy nehezek. Például nehéz „széles terhelésben”. Az akkumulátor energiasűrűségének kiszámításához jelenleg használt alapképlet az, hogy minden kilogramm lítium-ion körülbelül 250 wattóra áramot képes előállítani. Vagy a rövidítések világában a mérnökök inkább 250 Wh/kg.
Számoljon egy kicsit, egy 100 kWh-s akkumulátor olyan, mint egy Tesla, amely egy Model S akkumulátorra van csatlakoztatva, ami azt jelenti, hogy bárhová mész, körülbelül 400 kg akkumulátort fogsz magaddal húzni. Ez a legjobb és leghatékonyabb alkalmazás. Nekünk, laikusoknak pontosabb lehet azt becsülni, hogy egy 100 kWh-s akkumulátor körülbelül 1000 fontot nyom. Például fél tonna.
Most képzeljen el valami olyasmit, mint az új Hummer SUT, amely állítása szerint akár 213 kWh fedélzeti teljesítményt is kínál. Még akkor is, ha a tábornok talál némi áttörést a hatékonyságban, a csúcs Hummer még így is körülbelül egy tonna akkumulátort fog húzni. Igen, tovább fog vezetni, de mindezen további előnyök miatt a hatótávolság növekedése nem áll arányban az akkumulátor megduplázódásával. Természetesen teherautójának erősebb – azaz kevésbé hatékony – motorral kell rendelkeznie. Könnyebb, rövidebb hatótávolságú alternatívák teljesítménye. Amint azt minden autóipari mérnök (legyen szó sebességről vagy üzemanyag-takarékosságról) fogja mondani, a súly az ellenség.
Itt jön be a szerkezeti akkumulátor. Ha akkumulátorokból autókat építünk ahelyett, hogy a meglévő szerkezetekhez adnák őket, a hozzáadott súly nagy része eltűnik. Bizonyos mértékig – vagyis amikor minden szerkezeti elemet akkumulátorokká alakítanak át – az autó hatótávolságának növelése szinte semmilyen súlycsökkenést nem eredményez.
Ahogy azt várnád – mert tudom, hogy ott ülsz, és azon gondolkodsz, hogy „Micsoda jó ötlet!” –, ennek az okos megoldásnak vannak akadályai. Az első az, hogy elsajátítsák az akkumulátorok készítésének képességét olyan anyagokból, amelyek nem csak anódként és katódként használhatók bármely alapvető akkumulátorhoz, hanem elég erősek és nagyon könnyűek is! -Egy kéttonnás autót és utasait elbírni képes szerkezet, remélhetőleg biztonságos is lesz.
Nem meglepő, hogy a Chalmers Műszaki Egyetem által gyártott és a KTH Royal Institute of Technology, Svédország két leghíresebb mérnöki egyeteme által beruházott eddigi legerősebb szerkezeti akkumulátor két fő összetevője a szénszál és az alumínium. Lényegében szénszálat használnak negatív elektródaként; a pozitív elektróda lítium-vas-foszfáttal bevont alumíniumfóliát használ. Mivel a szénszál elektronokat is vezet, nincs szükség nehéz ezüstre és rézre. A katódot és az anódot egy elektrolitot is tartalmazó üvegszálas mátrix tartja külön, így nemcsak a lítium ionokat szállítja az elektródák között, hanem a szerkezeti terhelést is elosztja a kettő között. Minden ilyen akkumulátorcella névleges feszültsége 2,8 volt, és mint minden jelenlegi elektromos jármű akkumulátora, ez is kombinálható a mindennapi elektromos járművekben megszokott 400 V-os vagy akár 800 V-os feszültséggel.
Bár ez egyértelmű ugrás, még ezek a csúcstechnológiás cellák sem állnak készen a főműsoridőre. Energiasűrűségük kilogrammonként csak elenyésző 25 wattóra, szerkezeti merevségük pedig 25 gigapascal (GPa), ami csak valamivel erősebb a keretes üvegszálnál. A Svéd Nemzeti Űrügynökség finanszírozásával azonban a legújabb verzió több szénszálat használ az alumíniumfólia elektródák helyett, amelyek a kutatók szerint merevséggel és energiasűrűséggel rendelkeznek. Valójában ezek a legújabb szén/szén akkumulátorok várhatóan akár 75 wattóra elektromos áramot is termelnek kilogrammonként, a Young-modulus pedig 75 GPa. Ez az energiasűrűség még mindig elmarad a hagyományos lítium-ion akkumulátoroktól, de szerkezeti merevsége ma már jobb, mint az alumíniumé. Más szóval, az ezekből az akkumulátorokból készült elektromos járművek alvázátlós akkumulátora szerkezetileg ugyanolyan erős lehet, mint az alumíniumból készült akkumulátor, de a súlya jelentősen csökken.
Ezeknek a csúcstechnológiás akkumulátoroknak az első használata szinte biztos, hogy a fogyasztói elektronika. Leif Asp, Chalmers professzora így nyilatkozott: „Néhány éven belül teljesen lehetséges olyan okostelefont, laptopot vagy elektromos kerékpárt készíteni, amely a mai tömegnek csak a fele, és kompaktabb is.” Amint azonban a projekt felelőse rámutatott: „Nekünk itt valójában csak a képzeletünk szab határt.”
Az akkumulátor nemcsak a modern elektromos járművek alapja, hanem a leggyengébb láncszeme is. Még a legoptimistább előrejelzések is csak a jelenlegi energiasűrűség kétszeresét látják. Mi van, ha azt a hihetetlen hatótávot akarjuk elérni, amit mindannyian ígértünk – és úgy tűnik, hogy valaki minden héten 1000 kilométert ígér egy töltéssel? — Jobban kell dolgoznunk, mintha akkumulátort adnánk az autókhoz: akkumulátorokból kell autókat gyártanunk.
Szakértők szerint néhány megrongálódott útvonal ideiglenes javítása, köztük a Coquihalla autópálya, több hónapig tart.
A Postmedia elkötelezett amellett, hogy fenntartson egy aktív, de privát vitafórumot, és arra bátorít minden olvasót, hogy ossza meg véleményét cikkeinkről. Akár egy óráig is eltarthat, amíg a megjegyzések megjelennek a webhelyen. Arra kérjük Önt, hogy megjegyzései legyenek relevánsak és tiszteletteljesek. Engedélyeztük az e-mailes értesítéseket – ha megjegyzésre érkezett válasz, ha egy általad követett hozzászóláslánc frissül, vagy ha követi egy felhasználó megjegyzését, akkor most e-mailt fog kapni. Kérjük, látogassa meg közösségi irányelveinket, ha további információra van szüksége, valamint az e-mail beállítások módosításával kapcsolatos részletekért.