O vindeiro mércores 24 de novembro, a última mesa redonda de Driving into the Future discutirá como pode ser o futuro da produción de baterías en Canadá. Tanto se es optimista -realmente cres que todos os coches serán eléctricos en 2035- ou pensas que non alcanzaremos ese ambicioso obxectivo, os coches con batería son unha parte importante do noso futuro. Se Canadá quere ser parte desta revolución eléctrica, necesitamos atopar unha forma de converterse no futuro no fabricante líder de sistemas de enerxía para automóbiles. Para ver como será o futuro, mira a última mesa redonda de fabricación de baterías para nós en Canadá este mércores ás 11:00 horas, hora do Leste.
Esquece as baterías de estado sólido. O mesmo vale para todo o bombo sobre os ánodos de silicio. Incluso a cacareada batería de aluminio-aire que non se pode cargar na casa non pode sacudir o mundo dos vehículos eléctricos.
Que é unha batería estrutural? Ben, esta é unha boa pregunta. Afortunadamente para min, que non quero finxir que non teño experiencia en enxeñaría, a resposta é sinxela. Os coches eléctricos actuais son alimentados por baterías instaladas no coche. Ah, atopamos unha nova forma de ocultar a súa calidade, que é construír todas estas baterías de ión-litio no chan do chasis, creando unha plataforma de "skateboard" que agora é sinónimo de deseño de vehículos eléctricos. Pero aínda están separados do coche. Un complemento, se queres.
As baterías estruturais subverten este paradigma facendo que todo o chasis sexa feito de células de batería. Nun futuro aparentemente onírico, non só o chan de carga será, en lugar de conter, baterías, senón que certas partes do corpo: piares A, tellados e mesmo, como demostrou unha institución de investigación, é posible. Filtro de aire sala presurizada-non só equipado con baterías, pero realmente constituído por baterías. En palabras do gran Marshall McLuhan, un coche é unha batería.
Ben, aínda que as baterías de iones de litio modernas parecen de alta tecnoloxía, son pesadas. A densidade de enerxía dos ións de litio é moito menor que a da gasolina, polo que para acadar o mesmo rango que os vehículos de combustibles fósiles, as baterías dos vehículos eléctricos modernos son moi grandes. Moi grande.
O máis importante é que son pesados. Como pesado en "carga ampla". A fórmula básica que se usa actualmente para calcular a densidade de enerxía dunha batería é que cada quilo de ión de litio pode xerar uns 250 vatios-hora de electricidade. Ou no mundo das abreviaturas, os enxeñeiros prefiren, 250 Wh/kg.
Fai un pouco de cálculo, unha batería de 100 kWh é como un Tesla conectado a unha batería Model S, o que significa que onde queira que vaias, arrastrarás uns 400 kg de batería. Esta é a mellor e máis eficiente aplicación. Para nós, os profanos, pode ser máis preciso estimar que unha batería de 100 kWh pesa uns 1.000 quilos. Como media tonelada.
Agora imaxina algo así como o novo Hummer SUT, que afirma ter unha potencia a bordo de ata 213 kWh. Aínda que o xeral atope algúns avances na eficiencia, o Hummer superior aínda arrastrará unha tonelada de baterías. Si, conducirá máis lonxe, pero debido a todas estas vantaxes adicionais, o aumento da autonomía non é proporcional á duplicación da batería. Por suposto, o seu camión debe ter un motor máis potente, é dicir, menos eficiente. O rendemento de alternativas máis lixeiras e de menor alcance. Como dirá todo enxeñeiro de automóbiles (xa sexa por velocidade ou economía de combustible), o peso é o inimigo.
Aquí é onde entra a batería estrutural. Ao construír coches a partir de baterías en lugar de engadilos ás estruturas existentes, a maior parte do peso engadido desaparece. Ata certo punto, é dicir, cando todas as cousas estruturais se converten en baterías, o aumento da autonomía de cruceiro do coche non leva a case ningunha perda de peso.
Como era de esperar, porque sei que está sentado a pensar "¡Que idea tan xenial!", hai obstáculos para esta solución intelixente. O primeiro é dominar a capacidade de fabricar baterías a partir de materiais que se poidan utilizar non só como ánodos e cátodos para calquera batería básica, senón tamén como suficientemente fortes e moi lixeiros. -Unha estrutura que poida soportar un coche de dúas toneladas e os seus pasaxeiros, e espérase que sexa segura.
Non en balde, os dous compoñentes principais da batería estrutural máis poderosa ata a data, feita pola Chalmers University of Technology e investida polo KTH Royal Institute of Technology, as dúas universidades de enxeñería máis famosas de Suecia, son a fibra de carbono e o aluminio. Esencialmente, a fibra de carbono úsase como electrodo negativo; o electrodo positivo utiliza unha folla de aluminio recuberta de fosfato de ferro de litio. Dado que a fibra de carbono tamén conduce electróns, non hai necesidade de prata e cobre pesados. O cátodo e o ánodo mantéñense separados por unha matriz de fibra de vidro que tamén contén un electrólito, polo que non só transporta ións de litio entre os electrodos, senón que tamén distribúe a carga estrutural entre ambos. A tensión nominal de cada célula de batería é de 2,8 voltios e, como todas as baterías actuais de vehículos eléctricos, pódese combinar para producir os 400V ou incluso os 800V comúns aos vehículos eléctricos cotiáns.
Aínda que este é un salto claro, nin sequera estas células de alta tecnoloxía están listas para o prime time. A súa densidade enerxética é só de 25 vatios-hora por quilo, e a súa rixidez estrutural é de 25 gigapascais (GPa), que é só un pouco máis forte que a fibra de vidro do marco. Non obstante, co financiamento da Axencia Espacial Nacional Sueca, a última versión agora usa máis fibra de carbono en lugar de electrodos de folla de aluminio, que os investigadores afirman que teñen rixidez e densidade de enerxía. De feito, espérase que estas últimas baterías de carbono/carbono produzan ata 75 vatios-hora de electricidade por quilogramo e un módulo de Young de 75 GPa. Esta densidade de enerxía aínda pode quedar por detrás das baterías de ión-litio tradicionais, pero a súa rixidez estrutural é agora mellor que o aluminio. Noutras palabras, a batería diagonal do chasis do vehículo eléctrico feita con estas baterías pode ser estruturalmente tan forte como a batería de aluminio, pero o peso reducirase moito.
O primeiro uso destas baterías de alta tecnoloxía é case con toda seguridade a electrónica de consumo. O profesor de Chalmers Leif Asp dixo: "En poucos anos, é totalmente posible fabricar un teléfono intelixente, un portátil ou unha bicicleta eléctrica que teña só a metade do peso actual e sexa máis compacto". Non obstante, como sinalou o responsable do proxecto, "Nós, realmente, só está limitado pola nosa imaxinación aquí".
A batería non só é a base dos vehículos eléctricos modernos, senón tamén o seu eslabón máis débil. Incluso a previsión máis optimista só pode ver o dobre da densidade de enerxía actual. E se queremos obter a incrible autonomía que todos prometemos, e parece que alguén cada semana promete 1.000 quilómetros por carga? — Teremos que facer mellor que poñerlle baterías aos coches: teremos que facer coches con baterías.
Os expertos aseguran que a reparación provisional dalgunhas vías danadas, entre elas a estrada de Coquihalla, levará varios meses.
Postmedia comprométese a manter un foro de discusión activo pero privado e anima a todos os lectores a compartir as súas opinións sobre os nosos artigos. Os comentarios poden tardar ata unha hora en aparecer no sitio web. Pedímosche que manteñas os teus comentarios relevantes e respectuosos. Activamos as notificacións por correo electrónico: se recibe unha resposta a un comentario, se se actualiza un fío de comentarios que segue ou se segue o comentario dun usuario, agora recibirá un correo electrónico. Visita as nosas Directrices da comunidade para obter máis información e detalles sobre como axustar a configuración do correo electrónico.