Na próxima quarta-feira, 24 de novembro, a última mesa redonda do Driving into the Future discutirá como poderá ser o futuro da produção de baterias canadense. Quer você seja um otimista – você realmente acredita que todos os carros serão elétricos até 2035 – ou você acha que não alcançaremos essa meta ambiciosa, os carros movidos a bateria são uma parte importante do nosso futuro. Se o Canadá quiser fazer parte desta revolução eléctrica, precisamos de encontrar uma forma de nos tornarmos no futuro o principal fabricante de sistemas de energia automóvel. Para ver como será o futuro, assista à última mesa redonda de fabricação de baterias para nós no Canadá nesta quarta-feira às 11h, horário do leste dos EUA.
Esqueça as baterias de estado sólido. O mesmo vale para todo o hype sobre ânodos de silício. Mesmo a alardeada bateria de alumínio-ar que não pode ser carregada em casa não consegue abalar o mundo dos veículos elétricos.
O que é uma bateria estrutural? Bem, esta é uma boa pergunta. Felizmente para mim, que não quero fingir que não tenho conhecimentos de engenharia, a resposta é simples. Os carros elétricos atuais são alimentados por baterias instaladas no carro. Ah, encontrámos uma nova forma de esconder a sua qualidade, que é construir todas estas baterias de iões de lítio no fundo do chassis, criando uma plataforma de “skate” que é agora sinónimo de design EV. Mas eles ainda estão separados do carro. Um complemento, se você preferir.
As baterias estruturais subvertem esse paradigma ao tornar todo o chassi feito de células de bateria. Num futuro aparentemente onírico, não só o piso de sustentação será, em vez de conter, baterias, mas também certas partes da carroceria, pilares A, tetos e até mesmo, como uma instituição de pesquisa mostrou, é possível. sala pressurizada com filtro de ar - não apenas equipada com baterias, mas na verdade constituída por baterias. Nas palavras do grande Marshall McLuhan, um carro é uma bateria.
Bem, embora as baterias modernas de íons de lítio pareçam de alta tecnologia, elas são pesadas. A densidade energética do ião de lítio é muito inferior à da gasolina, pelo que, para atingir a mesma autonomia que os veículos movidos a combustíveis fósseis, as baterias dos veículos elétricos modernos são muito grandes. Muito grande.
Mais importante ainda, eles são pesados. Tal como pesado em “carga ampla”. A fórmula básica usada atualmente para calcular a densidade de energia de uma bateria é que cada quilograma de íon de lítio pode gerar cerca de 250 watts-hora de eletricidade. Ou no mundo das abreviaturas, os engenheiros preferem, 250 Wh/kg.
Faça um pouco de matemática, uma bateria de 100 kWh é como um Tesla conectado a uma bateria do Modelo S, o que significa que onde quer que você vá, você arrastará cerca de 400 kg de bateria. Esta é a melhor e mais eficiente aplicação. Para nós, leigos, pode ser mais preciso estimar que uma bateria de 100 kWh pesa cerca de 1.000 libras. Tal como meia tonelada.
Agora imagine algo como o novo Hummer SUT, que afirma ter potência a bordo de até 213 kWh. Mesmo que o general encontre alguns avanços em eficiência, o Hummer de ponta ainda arrastará cerca de uma tonelada de baterias. Sim, ele irá mais longe, mas devido a todas essas vantagens adicionais, o aumento no alcance não é proporcional à duplicação da bateria. É claro que seu caminhão deve ter um motor mais potente – ou seja, menos eficiente – compatível. O desempenho de alternativas mais leves e de menor alcance. Como todo engenheiro automotivo (seja por velocidade ou economia de combustível) lhe dirá, o peso é o inimigo.
É aqui que entra a bateria estrutural. Ao construir carros a partir de baterias em vez de adicioná-los às estruturas existentes, a maior parte do peso adicionado desaparece. Até certo ponto – isto é, quando todos os elementos estruturais são convertidos em baterias – aumentar a autonomia do carro quase não leva a perda de peso.
Como seria de esperar – porque sei que você está sentado aí pensando “Que ótima ideia!” – existem obstáculos para esta solução inteligente. A primeira é dominar a capacidade de fabricar baterias a partir de materiais que possam ser usados ​​não apenas como ânodos e cátodos para qualquer bateria básica, mas também como suficientemente fortes – e muito leves! -Uma estrutura capaz de suportar um carro de duas toneladas e seus passageiros, e espera-se que seja segura.
Não é de surpreender que os dois principais componentes da bateria estrutural mais poderosa até hoje - fabricada pela Chalmers University of Technology e investida pelo KTH Royal Institute of Technology, as duas universidades de engenharia mais famosas da Suécia - sejam a fibra de carbono e o alumínio. Essencialmente, a fibra de carbono é usada como eletrodo negativo; o eletrodo positivo usa folha de alumínio revestida com fosfato de ferro-lítio. Como a fibra de carbono também conduz elétrons, não há necessidade de prata e cobre pesados. O cátodo e o ânodo são mantidos separados por uma matriz de fibra de vidro que também contém um eletrólito, de modo que não apenas transporta íons de lítio entre os eletrodos, mas também distribui a carga estrutural entre os dois. A tensão nominal de cada célula de bateria é de 2,8 volts e, como todas as baterias atuais de veículos elétricos, pode ser combinada para produzir 400 V ou mesmo 800 V comuns aos veículos elétricos comuns.
Embora este seja um salto claro, mesmo estas células de alta tecnologia não estão de todo preparadas para o horário nobre. Sua densidade de energia é de apenas 25 watts-hora por quilograma, e sua rigidez estrutural é de 25 gigapascais (GPa), que é apenas um pouco mais forte do que a fibra de vidro da estrutura. No entanto, com financiamento da Agência Espacial Nacional Sueca, a versão mais recente utiliza agora mais fibra de carbono em vez de eléctrodos de folha de alumínio, que os investigadores afirmam ter rigidez e densidade de energia. Na verdade, espera-se que estas mais recentes baterias de carbono/carbono produzam até 75 watts-hora de eletricidade por quilograma e um módulo de Young de 75 GPa. Esta densidade de energia ainda pode ficar atrás das baterias tradicionais de íons de lítio, mas sua rigidez estrutural é agora melhor que a do alumínio. Em outras palavras, a bateria diagonal do chassi do veículo elétrico feita com essas baterias pode ser estruturalmente tão forte quanto a bateria feita de alumínio, mas o peso será bastante reduzido.
O primeiro uso dessas baterias de alta tecnologia é quase certamente em produtos eletrônicos de consumo. O professor Leif Asp da Chalmers disse: “Em alguns anos, será inteiramente possível fazer um smartphone, laptop ou bicicleta elétrica que tenha apenas metade do peso de hoje e seja mais compacto”. No entanto, como destacou o responsável pelo projeto, “estamos realmente limitados apenas pela nossa imaginação aqui”.
A bateria não é apenas a base dos veículos elétricos modernos, mas também o seu elo mais fraco. Mesmo a previsão mais optimista só consegue ver o dobro da densidade energética actual. E se quisermos obter a incrível autonomia que todos nós prometemos — e parece que alguém promete 1.000 quilômetros por carga toda semana? — Teremos de fazer melhor do que adicionar baterias aos carros: teremos de fabricar carros a partir de baterias.
Especialistas dizem que o reparo temporário de algumas rotas danificadas, incluindo a rodovia Coquihalla, levará vários meses.
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