ביום רביעי הקרוב, 24 בנובמבר, הטבלה העגולה האחרונה של Driving into the Future תדון כיצד עשוי להיראות העתיד של ייצור הסוללות הקנדיות. בין אם אתה אופטימי - אתה באמת מאמין שכל המכוניות יהיו חשמליות עד 2035 - או שאתה חושב שלא נגיע ליעד השאפתני הזה, מכוניות המונעות על ידי סוללות הן חלק חשוב מהעתיד שלנו. אם קנדה רוצה להיות חלק מהמהפכה החשמלית הזו, עלינו למצוא דרך להפוך ליצרנית המובילה של מערכות כוח לרכב בעתיד. כדי לראות איך נראה העתיד, צפו בשולחן העגול האחרון של ייצור הסוללות בקנדה ביום רביעי הקרוב בשעה 11:00 בבוקר שעון המזרח.
תשכחו מסוללות מוצק. אותו דבר לגבי כל ההייפ על אנודות סיליקון. אפילו סוללת האלומיניום-אוויר המפוארת שלא ניתנת לטעינה בבית לא יכולה לזעזע את עולם הרכבים החשמליים.
מהי סוללה מבנית? ובכן, זו שאלה טובה. למזלי, שלא רוצה להעמיד פנים שאולי אין לי מומחיות הנדסית, התשובה פשוטה. המכוניות החשמליות הנוכחיות מופעלות באמצעות סוללות המותקנות במכונית. אה, מצאנו דרך חדשה להסתיר את האיכות שלהן, והיא לבנות את כל סוללות הליתיום-יון הללו ברצפת השלדה, וליצור פלטפורמת "סקייטבורד" שהיא כעת שם נרדף לעיצוב EV. אבל הם עדיין נפרדים מהמכונית. תוספת, אם תרצו.
סוללות מבניות מערערות את הפרדיגמה הזו על ידי הפיכת המרכב כולו מתאי סוללה. בעתיד נראה חלומי, לא רק הרצפה הנושאת עומס תהיה-ולא תכיל-סוללות, אלא חלקים מסוימים של הגוף-עמודי A, גגות, ואפילו, כפי שהראה מוסד מחקר, זה אפשרי, חדר בלחץ מסנן אוויר - לא רק מצויד בסוללות, אלא למעשה מורכב על ידי סוללות. במילותיו של מרשל מקלוהן הגדול, מכונית היא מצבר.
ובכן, למרות שסוללות ליתיום-יון מודרניות נראות הייטקיות, הן כבדות. צפיפות האנרגיה של ליתיום יון קטנה בהרבה מזו של בנזין, כך שכדי להגיע לאותו טווח כמו כלי רכב עם דלק מאובנים, הסוללות ברכבי רכב חשמליים מודרניים גדולים מאוד. גדול מאוד.
חשוב מכך, הם כבדים. כגון כבד ב"עומס רחב". הנוסחה הבסיסית המשמשת כיום לחישוב צפיפות האנרגיה של סוללה היא שכל קילוגרם של יון ליתיום יכול לייצר כ-250 וואט-שעה של חשמל. או בעולם הקיצורים, מהנדסים מעדיפים, 250 וואט/ק"ג.
תעשו קצת חשבון, סוללה של 100 קילו-וואט היא כמו טסלה שמחוברת לסוללת דגם S, מה שאומר שלכל מקום שתלכו, תגררו כ-400 ק"ג של סוללה. זהו היישום הטוב והיעיל ביותר. עבורנו ההדיוטות, אולי נכון יותר להעריך שסוללה של 100 קילו-וואט שוקלת כ-1,000 פאונד. כמו חצי טון.
עכשיו דמיינו משהו כמו Hummer SUT החדש, שמתיימר להספק מובנה של עד 213 קילוואט-שעה. גם אם הגנרל ימצא כמה פריצות דרך ביעילות, ההאמר העליון עדיין יגרור כטון של סוללות. כן, הוא יסיע רחוק יותר, אבל בגלל כל היתרונות הנוספים הללו, הגידול בטווח אינו תואם את הכפלת הסוללה. כמובן, המשאית שלה חייבת להיות בעלת מנוע חזק יותר - כלומר פחות יעיל - שיתאים. הביצועים של חלופות קלות יותר, קצרות יותר. כפי שכל מהנדס רכב (בין אם למהירות או בצריכת דלק) יגיד לך, המשקל הוא האויב.
כאן נכנסת הסוללה המבנית. על ידי בניית מכוניות מסוללות במקום להוסיף אותן למבנים קיימים, רוב המשקל הנוסף נעלם. במידה מסוימת - כלומר כאשר כל הדברים המבניים מומרים לסוללות - הגדלת טווח השיוט של המכונית כמעט ואינה מובילה לירידה במשקל.
כפי שהיית מצפה - כי אני יודע שאתה יושב שם וחושב "איזה רעיון נהדר!" - יש מכשולים לפתרון החכם הזה. הראשון הוא לשלוט ביכולת לייצר סוללות מחומרים שיכולים לשמש לא רק כאנודות וקתודות לכל סוללה בסיסית, אלא גם חזקות מספיק - וקלות מאוד! -מבנה שיכול לתמוך במכונית במשקל שני טון ובנוסעיה, ויש לקוות שהוא יהיה בטוח.
באופן לא מפתיע, שני המרכיבים העיקריים של הסוללה המבנית החזקה ביותר עד כה, שנעשתה על ידי אוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה ומושקעת על ידי KTH Royal Institute of Technology, שתי האוניברסיטאות ההנדסיות המפורסמות ביותר בשוודיה - הם סיבי פחמן ואלומיניום. בעיקרו של דבר, סיבי פחמן משמשים כאלקטרודה השלילית; האלקטרודה החיובית משתמשת ברדיד אלומיניום מצופה ליתיום ברזל פוספט. מכיוון שסיבי פחמן מוליכים גם אלקטרונים, אין צורך בכסף ובנחושת כבדים. הקתודה והאנודה נשמרות בנפרד על ידי מטריצת סיבי זכוכית המכילה גם אלקטרוליט, כך שהיא לא רק מעבירה יוני ליתיום בין האלקטרודות, אלא גם מפיצה את העומס המבני בין השתיים. המתח הנומינלי של כל תא סוללה כזה הוא 2.8 וולט, וכמו כל הסוללות הנוכחיות לרכב חשמלי, ניתן לשלב אותו כדי לייצר את ה-400V או אפילו 800V המקובלים לרכבים חשמליים יומיומיים.
למרות שמדובר בקפיצת מדרגה ברורה, אפילו תאי ההייטק האלה לא מוכנים בכלל לפריים טיים. צפיפות האנרגיה שלהם היא רק זניח של 25 וואט-שעה לקילוגרם, והקשיחות המבנית שלהם היא 25 ג'יגה-פסקל (GPa), שהוא רק קצת יותר חזק מסיבי הזכוכית של המסגרת. עם זאת, עם מימון מסוכנות החלל הלאומית השוודית, הגרסה האחרונה משתמשת כעת ביותר סיבי פחמן במקום אלקטרודות של רדיד אלומיניום, שלטענת החוקרים יש קשיחות וצפיפות אנרגיה. למעשה, סוללות הפחמן/פחמן העדכניות הללו צפויות לייצר עד 75 וואט-שעה של חשמל לכל קילוגרם ומודול יאנג של 75 GPa. צפיפות האנרגיה הזו עשויה עדיין לפגר מאחורי סוללות ליתיום-יון מסורתיות, אבל הקשיחות המבנית שלה טובה יותר מאלומיניום. במילים אחרות, הסוללה האלכסונית של שלדת הרכב החשמלי העשויה מסוללות אלו עשויה להיות חזקה מבחינה מבנית כמו הסוללה העשויה מאלומיניום, אך המשקל יקטן מאוד.
השימוש הראשון בסוללות ההייטק הללו הוא כמעט בוודאות מוצרי אלקטרוניקה. צ'למרס פרופסור לייף אספ אמר: "בעוד כמה שנים, אפשר בהחלט לייצר סמארטפון, מחשב נייד או אופניים חשמליים שהם רק חצי ממשקל היום וקומפקטיים יותר". עם זאת, כפי שציין האחראי על הפרויקט, "אנחנו זה באמת מוגבל רק על ידי הדמיון שלנו כאן."
המצבר הוא לא רק הבסיס של כלי רכב חשמליים מודרניים, אלא גם החוליה החלשה ביותר שלו. אפילו התחזית האופטימית ביותר יכולה לראות רק פי שניים מצפיפות האנרגיה הנוכחית. מה אם נרצה להשיג את הטווח המדהים שכולנו הבטחנו - ונראה שמישהו מבטיח מדי שבוע 1,000 קילומטרים לטעינה? — נצטרך לעשות יותר טוב מאשר להוסיף סוללות למכוניות: נצטרך לייצר מכוניות מסוללות.
מומחים אומרים שתיקון זמני של כמה נתיבים שניזוקו, כולל הכביש המהיר Coquihalla, ייקח מספר חודשים.
Postmedia מחויבת לקיים פורום דיון פעיל אך פרטי ומעודדת את כל הקוראים לשתף את דעותיהם על המאמרים שלנו. עשויה לחלוף עד שעה עד להופעת הערות באתר. אנו מבקשים ממך לשמור על הערותיך רלוונטיות ומכבדות. הפעלנו התראות באימייל - אם תקבל תגובה תגובה, אם שרשור תגובה שאתה עוקב אחריו מתעדכן, או אם אתה עוקב אחר תגובה של משתמש, כעת תקבל אימייל. אנא בקר בהנחיות הקהילה שלנו לקבלת מידע נוסף ופרטים כיצד להתאים את הגדרות הדוא"ל.