Il prossimo mercoledì 24 novembre, l'ultima tavola rotonda di Driving into the Future discuterà di come potrebbe essere il futuro della produzione canadese di batterie.Che tu sia ottimista - credi davvero che tutte le auto saranno elettriche entro il 2035 - o pensi che non raggiungeremo questo obiettivo ambizioso, le auto a batteria sono una parte importante del nostro futuro.Se il Canada vuole far parte di questa rivoluzione elettrica, dobbiamo trovare un modo per diventare il principale produttore di sistemi di alimentazione per autoveicoli in futuro.Per vedere come sarà il futuro, guarda l'ultima tavola rotonda sulla produzione di batterie per noi in Canada questo mercoledì alle 11:00 ora di New York.
Dimentica le batterie a stato solido.Lo stesso vale per tutto il clamore sugli anodi al silicio.Anche la decantata batteria alluminio-aria che non può essere ricaricata a casa non può scuotere il mondo dei veicoli elettrici.
Cos'è una batteria strutturale?Bene, questa è una buona domanda.Fortunatamente per me, che non voglio fingere di non avere competenze ingegneristiche, la risposta è semplice.Le attuali auto elettriche sono alimentate da batterie installate nell'auto.Oh, abbiamo trovato un nuovo modo per nascondere la loro qualità, ovvero inserire tutte queste batterie agli ioni di litio nel pavimento del telaio, creando una piattaforma "skateboard" che ora è sinonimo di design EV.Ma sono ancora separati dall'auto.Un componente aggiuntivo, se vuoi.
Le batterie strutturali sovvertono questo paradigma realizzando l'intero telaio costituito da celle della batteria.In un futuro apparentemente onirico, non solo il pianale portante sarà-piuttosto che contenere-batterie, ma alcune parti della carrozzeria-montanti anteriori, tetti e persino, come ha dimostrato un istituto di ricerca, è possibile camera pressurizzata filtro aria - non solo dotata di batterie, ma costituita in realtà da batterie.Nelle parole del grande Marshall McLuhan, un'auto è una batteria.
Bene, sebbene le moderne batterie agli ioni di litio sembrino high-tech, sono pesanti.La densità energetica degli ioni di litio è di gran lunga inferiore a quella della benzina, quindi per raggiungere la stessa autonomia dei veicoli a combustibili fossili, le batterie dei moderni veicoli elettrici sono molto grandi.Molto grande.
Ancora più importante, sono pesanti.Come pesante in "carico largo".La formula di base attualmente utilizzata per calcolare la densità energetica di una batteria è che ogni chilogrammo di ioni di litio può generare circa 250 wattora di elettricità.O nel mondo delle abbreviazioni, preferiscono gli ingegneri, 250 Wh/kg.
Fai un po' di conti, una batteria da 100 kWh è come una Tesla collegata a una batteria Model S, il che significa che ovunque tu vada, trascinerai circa 400 kg di batteria.Questa è l'applicazione migliore e più efficiente.Per noi profani, potrebbe essere più accurato stimare che una batteria da 100 kWh pesa circa 1.000 libbre.Come mezza tonnellata.
Ora immagina qualcosa come il nuovo Hummer SUT, che afferma di avere una potenza a bordo fino a 213 kWh.Anche se il generale trova alcuni progressi nell'efficienza, l'Hummer superiore trascinerà comunque circa una tonnellata di batterie.Sì, andrà più lontano, ma a causa di tutti questi vantaggi aggiuntivi, l'aumento dell'autonomia non è commisurato al raddoppio della batteria.Ovviamente, il suo camion deve avere un motore più potente, cioè meno efficiente.Le prestazioni di alternative più leggere e con portata più corta.Come ti dirà ogni ingegnere automobilistico (sia per la velocità che per il risparmio di carburante), il peso è il nemico.
È qui che entra in gioco la batteria strutturale. Costruendo automobili dalle batterie invece di aggiungerle alle strutture esistenti, la maggior parte del peso aggiunto scompare.In una certa misura, cioè quando tutte le cose strutturali vengono convertite in batterie, l'aumento dell'autonomia di crociera dell'auto non porta quasi a nessuna perdita di peso.
Come ti aspetteresti, perché so che sei seduto lì a pensare "Che grande idea!", Ci sono ostacoli a questa soluzione intelligente.Il primo è padroneggiare la capacità di realizzare batterie con materiali che possono essere utilizzati non solo come anodi e catodi per qualsiasi batteria di base, ma anche abbastanza resistenti e molto leggeri!-Una struttura in grado di supportare un'auto da due tonnellate e i suoi passeggeri, e si spera che sia sicura.
Non a caso, i due componenti principali della batteria strutturale più potente fino ad oggi, realizzata dalla Chalmers University of Technology e investita dal KTH Royal Institute of Technology, le due più famose università di ingegneria svedesi, sono la fibra di carbonio e l'alluminio.In sostanza, la fibra di carbonio viene utilizzata come elettrodo negativo;l'elettrodo positivo utilizza un foglio di alluminio rivestito di fosfato di ferro e litio.Poiché la fibra di carbonio conduce anche elettroni, non c'è bisogno di argento e rame pesanti.Il catodo e l'anodo sono tenuti separati da una matrice in fibra di vetro che contiene anche un elettrolita, quindi non solo trasporta gli ioni di litio tra gli elettrodi, ma distribuisce anche il carico strutturale tra i due.La tensione nominale di ciascuna di queste celle della batteria è di 2,8 volt e, come tutte le attuali batterie per veicoli elettrici, può essere combinata per produrre i 400 V o addirittura gli 800 V comuni ai veicoli elettrici di tutti i giorni.
Sebbene si tratti di un netto salto, anche queste cellule high-tech non sono affatto pronte per il prime time.La loro densità di energia è solo di un trascurabile 25 wattora per chilogrammo e la loro rigidità strutturale è di 25 gigapascal (GPa), che è solo leggermente più forte della fibra di vetro del telaio.Tuttavia, con il finanziamento dell'Agenzia spaziale nazionale svedese, l'ultima versione ora utilizza più fibra di carbonio invece di elettrodi in lamina di alluminio, che secondo i ricercatori hanno rigidità e densità di energia.Infatti, queste ultime batterie carbonio/carbone dovrebbero produrre fino a 75 wattora di elettricità per chilogrammo e un modulo di Young di 75 GPa.Questa densità energetica può ancora essere inferiore rispetto alle tradizionali batterie agli ioni di litio, ma la sua rigidità strutturale è ora migliore dell'alluminio.In altre parole, la batteria diagonale del telaio del veicolo elettrico composta da queste batterie può essere strutturalmente resistente quanto la batteria in alluminio, ma il peso sarà notevolmente ridotto.
Il primo utilizzo di queste batterie ad alta tecnologia è quasi certamente l'elettronica di consumo.Il professor Chalmers Leif Asp ha dichiarato: "In pochi anni, è del tutto possibile realizzare uno smartphone, un laptop o una bicicletta elettrica che pesa solo la metà di oggi ed è più compatto".Tuttavia, come ha sottolineato la persona responsabile del progetto, "Qui siamo davvero limitati solo dalla nostra immaginazione".
La batteria non è solo la base dei moderni veicoli elettrici, ma anche il suo anello più debole.Anche le previsioni più ottimistiche possono vedere solo il doppio dell'attuale densità di energia.E se volessimo ottenere l'incredibile autonomia che tutti noi abbiamo promesso e sembra che qualcuno ogni settimana prometta 1.000 chilometri per carica?— Dovremo fare di meglio che aggiungere batterie alle auto: dovremo produrre auto con batterie.
Gli esperti affermano che la riparazione temporanea di alcuni percorsi danneggiati, compresa l'autostrada Coquihalla, richiederà diversi mesi.
Postmedia si impegna a mantenere un forum di discussione attivo ma privato e incoraggia tutti i lettori a condividere le proprie opinioni sui nostri articoli.La visualizzazione dei commenti sul sito Web potrebbe richiedere fino a un'ora.Ti chiediamo di mantenere i tuoi commenti pertinenti e rispettosi.Abbiamo abilitato le notifiche e-mail: se ricevi una risposta a un commento, se un thread di commenti che segui viene aggiornato o se segui il commento di un utente, ora riceverai un'e-mail.Visita le nostre Linee guida della community per maggiori informazioni e dettagli su come regolare le impostazioni email.