في يوم الأربعاء القادم ، 24 نوفمبر ، ستناقش المائدة المستديرة الأخيرة "القيادة إلى المستقبل" الشكل الذي قد يبدو عليه مستقبل إنتاج البطاريات الكندية.سواء كنت متفائلًا - تعتقد حقًا أن جميع السيارات ستكون كهربائية بحلول عام 2035 - أو تعتقد أننا لن نصل إلى هذا الهدف الطموح ، فإن السيارات التي تعمل بالبطاريات جزء مهم من مستقبلنا.إذا أرادت كندا أن تكون جزءًا من هذه الثورة الكهربائية ، فنحن بحاجة إلى إيجاد طريقة لنصبح الشركة المصنعة الرائدة لأنظمة طاقة السيارات في المستقبل.لمعرفة كيف يبدو المستقبل ، شاهد آخر مائدة مستديرة لتصنيع البطاريات لنا في كندا هذا الأربعاء في الساعة 11:00 صباحًا بالتوقيت الشرقي.
انس أمر البطاريات الصلبة.الشيء نفسه ينطبق على كل الضجيج حول أنودات السيليكون.حتى بطارية الألمنيوم الهوائية التي لا يمكن شحنها في المنزل لا يمكن أن تهز عالم السيارات الكهربائية.
ما هي البطارية الهيكلية؟حسنًا ، هذا سؤال جيد.لحسن الحظ بالنسبة لي ، الذي لا يريد التظاهر بأنني قد لا أمتلك خبرة هندسية ، فإن الإجابة بسيطة.يتم تشغيل السيارات الكهربائية الحالية بواسطة بطاريات مثبتة في السيارة.أوه ، لقد وجدنا طريقة جديدة لإخفاء جودتها ، وهي بناء كل بطاريات الليثيوم أيون هذه في أرضية الهيكل ، وإنشاء منصة "لوح تزلج" أصبحت الآن مرادفًا لتصميم السيارات الكهربائية.لكنهم ما زالوا منفصلين عن السيارة.إضافة ، إذا صح التعبير.
تعمل البطاريات الهيكلية على تخريب هذا النموذج من خلال جعل الهيكل بأكمله مصنوعًا من خلايا البطارية.في مستقبل يبدو كالحلم ، لن تكون الأرضية الحاملة فقط - وليس بطاريات تحتوي على بطاريات ، ولكن أجزاء معينة من أعمدة الهيكل ، والأسقف ، وحتى ، كما أظهرت مؤسسة بحثية ، من الممكن ، غرفة مضغوطة بفلتر الهواء - ليست مجهزة فقط بالبطاريات ، ولكنها تتكون بالفعل من البطاريات.على حد تعبير العظيم مارشال ماكلوهان ، السيارة هي بطارية.
حسنًا ، على الرغم من أن بطاريات الليثيوم أيون الحديثة تبدو عالية التقنية ، إلا أنها ثقيلة الوزن.كثافة طاقة أيون الليثيوم أقل بكثير من كثافة البنزين ، لذا لتحقيق نفس النطاق مثل مركبات الوقود الأحفوري ، فإن البطاريات في المركبات الكهربائية الحديثة كبيرة جدًا.كبير جدا.
والأهم من ذلك أنها ثقيلة الوزن.مثل ثقيل في "حمولة واسعة".الصيغة الأساسية المستخدمة حاليًا لحساب كثافة الطاقة للبطارية هي أن كل كيلوغرام من أيون الليثيوم يمكن أن يولد حوالي 250 واط / ساعة من الكهرباء.أو في عالم الاختصارات ، يفضل المهندسون 250 واط / كغم.
قم ببعض العمليات الحسابية ، فالبطارية التي تبلغ 100 كيلو وات في الساعة تشبه بطارية Tesla الموصولة ببطارية طراز S ، مما يعني أنه أينما ذهبت ، سوف تسحب حوالي 400 كجم من البطارية.هذا هو التطبيق الأفضل والأكثر كفاءة.بالنسبة لنا نحن الأشخاص العاديين ، قد يكون من الأدق تقدير أن بطارية 100 كيلو وات في الساعة تزن حوالي 1000 رطل.مثل نصف طن.
تخيل الآن شيئًا مثل Hummer SUT الجديدة ، التي تدعي أن لديها طاقة داخلية تصل إلى 213 كيلو واط في الساعة.حتى لو وجد الجنرال بعض الاختراقات في الكفاءة ، فإن سيارة هامر العليا ستستمر في سحب حوالي طن من البطاريات.نعم ، ستقود إلى مسافة أبعد ، لكن بسبب كل هذه المزايا الإضافية ، فإن الزيادة في المدى لا تتناسب مع مضاعفة البطارية.بالطبع ، يجب أن تتمتع شاحنتها بمحرك أكثر قوة - أي أقل كفاءة - لمطابقتها.أداء البدائل الأخف وزناً والأقصر مدى.كما سيخبرك كل مهندس سيارات (سواء للسرعة أو الاقتصاد في استهلاك الوقود) ، الوزن هو العدو.
وهنا يأتي دور البطارية الهيكلية. فبناء السيارات من البطاريات بدلاً من إضافتها إلى الهياكل القائمة ، يختفي معظم الوزن الإضافي.إلى حد معين - أي عندما يتم تحويل جميع العناصر الهيكلية إلى بطاريات - تؤدي زيادة نطاق تجول السيارة إلى عدم فقدان الوزن تقريبًا.
كما تتوقع - لأنني أعلم أنك جالس هناك تفكر في "يا لها من فكرة عظيمة!" - هناك عقبات أمام هذا الحل الذكي.الأول هو إتقان القدرة على صنع البطاريات من مواد يمكن استخدامها ليس فقط كأنودات وكاثودات لأي بطارية أساسية ، ولكن أيضًا قوية بما يكفي وخفيفة جدًا!- هيكل يتسع لسيارة تزن طنين وركابها ومن المؤمل أن تكون بأمان.
ليس من المستغرب أن المكونين الرئيسيين لأقوى بطارية هيكلية حتى الآن من صنع جامعة تشالمرز للتكنولوجيا واستثمارها من قبل المعهد الملكي للتكنولوجيا KTH ، وهما أشهر جامعتين هندسيتين في السويد - هما ألياف الكربون والألمنيوم.بشكل أساسي ، يتم استخدام ألياف الكربون كقطب سالب ؛يستخدم القطب الموجب رقائق الألومنيوم المطلية بفوسفات الحديد الليثيوم.نظرًا لأن ألياف الكربون تقوم أيضًا بتوصيل الإلكترونات ، فلا داعي للفضة الثقيلة والنحاس.يتم الاحتفاظ بالكاثود والأنود منفصلين بواسطة مصفوفة من الألياف الزجاجية تحتوي أيضًا على إلكتروليت ، لذلك فهي لا تنقل أيونات الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية فحسب ، بل توزع أيضًا الحمل الهيكلي بين الاثنين.يبلغ الجهد الاسمي لكل خلية بطارية 2.8 فولت ، ومثل جميع بطاريات السيارات الكهربائية الحالية ، يمكن دمجها لإنتاج 400 فولت أو حتى 800 فولت الشائع في السيارات الكهربائية اليومية.
على الرغم من أن هذه قفزة واضحة ، إلا أن هذه الخلايا عالية التقنية ليست جاهزة على الإطلاق في أوقات الذروة.كثافة طاقتها لا تكاد تذكر سوى 25 واط / ساعة لكل كيلوغرام ، وصلابة هيكلها 25 جيجا باسكال (GPa) ، وهي أقوى قليلاً من الألياف الزجاجية للإطار.ومع ذلك ، وبتمويل من وكالة الفضاء الوطنية السويدية ، تستخدم أحدث نسخة الآن المزيد من ألياف الكربون بدلاً من أقطاب رقائق الألومنيوم ، والتي يزعم الباحثون أنها تتمتع بالصلابة وكثافة الطاقة.في الواقع ، من المتوقع أن تنتج أحدث بطاريات الكربون / الكربون ما يصل إلى 75 واط / ساعة من الكهرباء لكل كيلوغرام ومعامل يونغ البالغ 75 جيجا باسكال.قد تظل كثافة الطاقة هذه متخلفة عن بطاريات الليثيوم أيون التقليدية ، لكن صلابتها الهيكلية أصبحت الآن أفضل من الألومنيوم.بمعنى آخر ، قد تكون البطارية القطرية لشاسيه السيارة الكهربائية المصنوعة من هذه البطاريات قوية من الناحية الهيكلية مثل البطارية المصنوعة من الألومنيوم ، ولكن الوزن سينخفض ​​بشكل كبير.
يكاد يكون من المؤكد أن أول استخدام لهذه البطاريات عالية التقنية هو إلكترونيات استهلاكية.قال أستاذ تشالمرز ليف آسب: "في غضون بضع سنوات ، من الممكن تمامًا صنع هاتف ذكي أو كمبيوتر محمول أو دراجة كهربائية نصف وزن اليوم فقط وأكثر إحكاما".ومع ذلك ، وكما أشار الشخص المسؤول عن المشروع ، "نحن في الحقيقة مقيدون فقط بخيالنا هنا".
البطارية ليست أساس المركبات الكهربائية الحديثة فحسب ، بل هي أضعف حلقاتها أيضًا.حتى أكثر التوقعات تفاؤلاً يمكنها أن ترى ضعف كثافة الطاقة الحالية فقط.ماذا لو أردنا الحصول على المدى المذهل الذي وعدنا به جميعًا - ويبدو أن شخصًا ما يعد كل أسبوع بـ 1000 كيلومتر لكل شحنة؟- علينا أن نفعل ما هو أفضل من إضافة البطاريات إلى السيارات: علينا أن نصنع السيارات من البطاريات.
يقول الخبراء إن الإصلاح المؤقت لبعض الطرق المتضررة ، بما في ذلك طريق Coquihalla السريع ، سيستغرق عدة أشهر.
تلتزم Postmedia بالحفاظ على منتدى مناقشة نشط ولكن خاص وتشجع جميع القراء على مشاركة آرائهم حول مقالاتنا.قد يستغرق ظهور التعليقات على الموقع مدة تصل إلى ساعة.نطلب منك الحفاظ على تعليقاتك ذات صلة ومحترمة.لقد قمنا بتمكين إشعارات البريد الإلكتروني - إذا تلقيت ردًا على تعليق ، أو إذا تم تحديث سلسلة تعليق تتابعها ، أو إذا تابعت تعليق مستخدم ، فستتلقى الآن رسالة بريد إلكتروني.يرجى زيارة إرشادات المجتمع للحصول على مزيد من المعلومات والتفاصيل حول كيفية ضبط إعدادات البريد الإلكتروني.