Na próxima quarta-feira, 24 de novembro, a última mesa redonda do Driving into the Future discutirá como será o futuro da produção canadense de baterias.Se você é um otimista - você realmente acredita que todos os carros serão elétricos até 2035 - ou acha que não atingiremos essa meta ambiciosa, os carros movidos a bateria são uma parte importante do nosso futuro.Se o Canadá quiser fazer parte dessa revolução elétrica, precisamos encontrar uma maneira de nos tornarmos o principal fabricante de sistemas de energia automotiva no futuro.Para ver como será o futuro, assista à mais recente mesa redonda de fabricação de baterias para nós no Canadá nesta quarta-feira às 11h, horário do leste.
Esqueça as baterias de estado sólido.O mesmo vale para todo o hype sobre ânodos de silício.Mesmo a alardeada bateria de ar-alumínio, 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 quer fingir que não tenho experiência em engenharia, a resposta é simples.Os carros elétricos atuais são alimentados por baterias instaladas no carro.Oh, nós encontramos uma nova maneira de esconder sua qualidade, que é construir todas essas baterias de íons de lítio no chão do chassi, criando uma plataforma de “skate” que agora é sinônimo de design EV.Mas eles ainda estão separados do carro.Um complemento, se você quiser.
As baterias estruturais subvertem esse paradigma ao fazer todo o chassi feito de células de bateria.Em um futuro aparentemente onírico, não apenas o piso de suporte de carga será - em vez de conter - baterias, mas certas partes da carroceria - pilares A, telhados 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 modernas baterias de íon-lítio pareçam de alta tecnologia, elas são pesadas.A densidade de energia do íon de lítio é muito menor do que a da gasolina, portanto, para atingir o mesmo alcance dos veículos movidos a combustíveis fósseis, as baterias dos veículos elétricos modernos são muito grandes.Muito grande.
Mais importante, eles são pesados.Tal como pesado em “carga larga”.A fórmula básica atualmente usada para calcular a densidade de energia de uma bateria é que cada quilo de íon de lítio pode gerar cerca de 250 watts-hora de eletricidade.Ou, no mundo das abreviações, os engenheiros preferem, 250 Wh/kg.
Faça um pouco de matemática, uma bateria de 100 kWh é como um Tesla plugado na bateria de um Model S, ou seja, onde quer que você vá, você vai arrastar cerca de 400 kg de bateria.Este é o melhor e mais eficiente aplicativo.Para nós, leigos, pode ser mais preciso estimar que uma bateria de 100 kWh pesa cerca de 1.000 libras.Como meia tonelada.
Agora imagine algo como o novo Hummer SUT, que afirma ter uma potência a bordo de até 213 kWh.Mesmo que o general encontre alguns avanços em termos de eficiência, o Hummer de ponta ainda carregará cerca de uma tonelada de baterias.Sim, ele vai mais longe, mas por causa de todas essas vantagens adicionais, o aumento do alcance não é compatível com a duplicação da bateria.Claro, seu caminhão deve ter um motor mais potente - ou seja, menos eficiente - para combinar.O desempenho de alternativas mais leves e de menor alcance.Como todo engenheiro automotivo (seja para velocidade ou economia de combustível) dirá a você, 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 todas as coisas estruturais são convertidas em baterias - aumentar a autonomia do carro leva a quase nenhuma perda de peso.
Como seria de esperar - porque sei que você está sentado aí pensando "Que ótima ideia!" - existem obstáculos para essa solução inteligente.A primeira é dominar a capacidade de fabricar baterias com materiais que possam ser usados ​​não apenas como ânodos e cátodos para qualquer bateria básica, mas também como fortes o suficiente e muito leves!-Uma estrutura que pode suportar um carro de duas toneladas e seus passageiros, e espera-se que seja segura.
Não surpreendentemente, os dois componentes principais 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 - são fibra de carbono e alumínio.Essencialmente, a fibra de carbono é usada como eletrodo negativo;o eletrodo positivo usa folha de alumínio revestida com fosfato de ferro e 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 uma dessas células de bateria é de 2,8 volts e, como todas as baterias de veículos elétricos atuais, pode ser combinada para produzir 400 V ou até 800 V comuns aos veículos elétricos comuns.
Embora este seja um salto claro, mesmo essas células de alta tecnologia não estão prontas para o horário nobre.Sua densidade de energia é de apenas insignificantes 25 watts-hora por quilo, e sua rigidez estrutural é de 25 gigapascals (GPa), que é apenas um pouco mais forte do que a fibra de vidro do quadro.No entanto, com financiamento da Agência Espacial Nacional Sueca, a versão mais recente agora usa mais fibra de carbono em vez de eletrodos de folha de alumínio, que os pesquisadores afirmam ter rigidez e densidade de energia.Na verdade, espera-se que essas últimas baterias de carbono/carbono produzam até 75 watts-hora de eletricidade por quilograma e um módulo de Young de 75 GPa.Essa densidade de energia ainda pode ficar atrás das baterias tradicionais de íon-lítio, mas sua rigidez estrutural agora é melhor do que o alumínio.Em outras palavras, a bateria diagonal do chassi do veículo elétrico feita dessas 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 eletrônicos de consumo.Chalmers Professor Leif Asp disse: “Em alguns anos, é perfeitamente possível fazer um smartphone, laptop ou bicicleta elétrica que é apenas metade do peso de hoje e é mais compacto”.No entanto, como o responsável pelo projeto apontou, “nós realmente só estamos limitados pela nossa imaginação aqui”.
A bateria não é apenas a base dos veículos elétricos modernos, mas também seu elo mais fraco.Mesmo a previsão mais otimista pode ver apenas o dobro da densidade de energia atual.E se quisermos obter a incrível autonomia que todos nós prometemos — e parece que toda semana alguém promete 1.000 quilômetros por carga?— Teremos que fazer melhor do que colocar baterias nos carros: teremos que fazer carros com baterias.
Especialistas dizem que o reparo temporário de algumas rotas danificadas, incluindo a rodovia Coquihalla, levará vários meses.
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