Eeloleval kolmapäeval, 24. novembril toimub Driving into the Future viimases ümarlauas arutlemine selle üle, milline võiks välja näha Kanada akutootmise tulevik. Olenemata sellest, kas olete optimist – usute tõesti, et aastaks 2035 on kõik autod elektrilised – või arvate, et me ei saavuta seda ambitsioonikat eesmärki, on akutoitel autod meie tuleviku oluline osa. Kui Kanada soovib sellest elektrirevolutsioonist osa saada, peame leidma võimaluse saada tulevikus juhtivaks autode toitesüsteemide tootjaks. Et näha, milline tulevik välja näeb, vaadake meie jaoks Kanadas sel kolmapäeval kell 11.00 viimast akude tootmise ümarlauda.
Unustage pooljuhtakud. Sama kehtib ka räni anoodide kohta käiva haibi kohta. Isegi uhke alumiinium-õhk aku, mida ei saa kodus laadida, ei suuda elektrisõidukite maailma kõigutada.
Mis on struktuurne aku? Noh, see on hea küsimus. Minu õnneks, kes ma ei taha teeselda, et mul ei pruugi olla inseneriteadmisi, on vastus lihtne. Praegused elektriautod saavad toite autosse paigaldatud akudest. Oh, me oleme leidnud uue viisi nende kvaliteedi varjamiseks, milleks on ehitada kõik need liitiumioonakud šassii põrandasse, luues "rula" platvormi, mis on nüüd EV disaini sünonüüm. Aga need on ikkagi autost eraldi. Lisand, kui soovite.
Struktuurakud õõnestavad seda paradigmat, tehes kogu šassii akuelementidest. Pealtnäha unenäolises tulevikus pole mitte ainult kandev põrand, mitte akud, vaid ka teatud kehaosad - A-piilarid, katused ja isegi, nagu uurimisasutus on näidanud, on võimalik, õhufiltri rõhu all olev ruum – mitte ainult varustatud patareidega, vaid tegelikult koosneb ka patareidest. Suure Marshall McLuhani sõnade kohaselt on auto aku.
Kuigi tänapäevased liitiumioonakud näevad välja kõrgtehnoloogilised, on need rasked. Liitiumioonide energiatihedus on palju väiksem kui bensiinil, nii et fossiilkütusel töötavate sõidukitega sama ulatuse saavutamiseks on tänapäevaste elektrisõidukite akud väga suured. Väga suur.
Veelgi olulisem on see, et need on rasked. Näiteks raske "laia koormuse korral". Põhivalem, mida praegu kasutatakse aku energiatiheduse arvutamiseks, on see, et iga kilogramm liitiumiooni võib toota umbes 250 vatt-tundi elektrit. Või lühendimaailmas eelistavad insenerid 250 Wh/kg.
Tehke natuke matemaatikat, 100 kWh aku on nagu Model S akuga ühendatud Tesla, mis tähendab, et kuhu iganes te lähete, lohistate umbes 400 kg akut. See on parim ja tõhusaim rakendus. Meie, võhikute jaoks võib olla täpsem hinnata, et 100 kWh aku kaalub umbes 1000 naela. Näiteks pool tonni.
Kujutage nüüd ette midagi uue Hummer SUTi sarnast, mille pardavõimsus on kuni 213 kWh. Isegi kui kindral leiab tõhususes mõningaid läbimurdeid, veab tipp-Hummer ikkagi umbes tonni akut. Jah, see sõidab kaugemale, kuid kõigi nende lisaeeliste tõttu ei ole ulatuse suurenemine aku kahekordistumisega proportsionaalne. Loomulikult peab selle veokil olema võimsam – st vähemtõhusam – mootor. Kergemate ja lühema ulatusega alternatiivide jõudlus. Nagu iga autoinsener (nii kiiruse kui ka kütusesäästu huvides) teile ütleb, on kaal vaenlane.
Siin tulebki sisse konstruktsiooni aku. Ehitades autosid akudest, selle asemel, et neid olemasolevatele konstruktsioonidele lisada, kaob suurem osa lisamassist. Teatud määral – st kui kõik konstruktsioonilised asjad muudetakse akudeks – ei too auto sõiduulatuse suurendamine kaasa peaaegu mingit kaalukaotust.
Nagu arvata võis – kuna ma tean, et istud seal ja mõtled “Milline suurepärane idee!” – on sellel nutikal lahendusel takistusi. Esimene on oskus valmistada akusid materjalidest, mida saab kasutada mitte ainult mis tahes põhiaku anoodide ja katoodidena, vaid ka piisavalt tugevatena ja väga kergetena! -Struktuur, mis suudab toetada kahetonnist autot ja selle reisijaid ning loodetavasti on see turvaline.
Pole üllatav, et Chalmersi Tehnikaülikooli poolt toodetud ja Rootsi kahe kuulsaima inseneriülikooli KTH Kuningliku Tehnoloogiainstituudi poolt investeeritud seni võimsaima struktuuraku kaks põhikomponenti on süsinikkiud ja alumiinium. Põhimõtteliselt kasutatakse negatiivse elektroodina süsinikkiudu; positiivne elektrood kasutab liitiumraudfosfaadiga kaetud alumiiniumfooliumi. Kuna süsinikkiud juhib ka elektrone, pole raske hõbeda ja vase järele vajadust. Katoodi ja anoodi hoiab lahus klaaskiudmaatriks, mis sisaldab ka elektrolüüti, nii et see mitte ainult ei transpordi liitiumiioone elektroodide vahel, vaid jaotab ka struktuurse koormuse nende kahe vahel. Iga sellise akuelemendi nimipinge on 2,8 volti ja nagu kõiki praegusi elektrisõidukite akusid, saab seda kombineerida, et toota igapäevastele elektrisõidukitele omane 400 V või isegi 800 V.
Kuigi see on selge hüpe, pole isegi need kõrgtehnoloogilised elemendid parimaks ajaks valmis. Nende energiatihedus on vaid tühine 25 vatt-tundi kilogrammi kohta ja nende struktuurne jäikus on 25 gigapaskalit (GPa), mis on vaid veidi tugevam kui raami klaaskiud. Kuid Rootsi riikliku kosmoseagentuuri rahastusel kasutab uusim versioon nüüd alumiiniumfooliumist elektroodide asemel rohkem süsinikkiudu, millel on teadlaste sõnul jäikus ja energiatihedus. Tegelikult eeldatakse, et need uusimad süsiniku/süsiniku akud toodavad kuni 75 vatt-tundi elektrit kilogrammi kohta ja Youngi moodul 75 GPa. See energiatihedus võib endiselt traditsioonilistest liitiumioonakudest maha jääda, kuid selle struktuurne jäikus on nüüd parem kui alumiinium. Teisisõnu võib nendest akudest valmistatud elektrisõiduki šassii diagonaalaku olla struktuurilt sama tugev kui alumiiniumist valmistatud aku, kuid kaal väheneb oluliselt.
Nende kõrgtehnoloogiliste akude esmakordne kasutusala on peaaegu kindlasti olmeelektroonika. Chalmersi professor Leif Asp ütles: "Mõne aasta pärast on täiesti võimalik teha nutitelefoni, sülearvuti või elektrijalgratas, mis on praegusest vaid poole väiksem ja mis on kompaktsem." Kuid nagu projekti eest vastutav isik märkis: "Meil on siin tõesti ainult meie kujutlusvõime piiratud."
Aku pole mitte ainult kaasaegsete elektrisõidukite alus, vaid ka selle nõrgim lüli. Isegi kõige optimistlikum prognoos võib näha praegust energiatihedust vaid kaks korda. Mis siis, kui tahame saavutada uskumatut sõiduulatust, mida me kõik oleme lubanud – ja tundub, et keegi lubab igal nädalal ühe laadimisega 1000 kilomeetrit? — Peame tegema paremini kui autodele akude lisamine: me peame akudest autosid tegema.
Eksperdid ütlevad, et mõne kahjustatud marsruudi, sealhulgas Coquihalla maantee ajutine parandamine võtab mitu kuud.
Postmedia on pühendunud aktiivse, kuid privaatse arutelufoorumi säilitamisele ja julgustab kõiki lugejaid jagama oma arvamust meie artiklite kohta. Kommentaaride kuvamiseks veebisaidil võib kuluda kuni tund. Palume teil hoida oma kommentaarid asjakohased ja lugupidavad. Oleme lubanud meiliteavitused – kui saate kommentaarile vastuse, kui teie jälgitavat kommentaarilõimi värskendatakse või kui jälgite kasutaja kommentaari, saate nüüd meili. Lisateavet ja e-posti seadete kohandamise üksikasju leiate meie kogukonna juhistest.