El próximo miércoles 24 de noviembre, la última mesa redonda de Driving into the Future discutirá cómo podría ser el futuro de la producción de baterías en Canadá.Tanto si eres un optimista, si realmente crees que todos los coches serán eléctricos para 2035, como si crees que no alcanzaremos esa ambiciosa meta, los coches alimentados por batería son una parte importante de nuestro futuro.Si Canadá quiere ser parte de esta revolución eléctrica, debemos encontrar la manera de convertirnos en el fabricante líder de sistemas de energía para automóviles en el futuro.Para ver cómo se ve el futuro, mire la última mesa redonda de fabricación de baterías para nosotros en Canadá este miércoles a las 11:00 am, hora del este.
Olvídate de las baterías de estado sólido.Lo mismo ocurre con todo el bombo publicitario sobre los ánodos de silicio.Incluso la cacareada batería de aluminio-aire que no se puede cargar en casa no puede sacudir el mundo de los vehículos eléctricos.
¿Qué es una batería estructural?Bueno, esta es una buena pregunta.Afortunadamente para mí, que no quiero fingir que no tengo experiencia en ingeniería, la respuesta es simple.Los coches eléctricos actuales funcionan con baterías instaladas en el coche.Oh, hemos encontrado una nueva forma de ocultar su calidad, que es construir todas estas baterías de iones de litio en el piso del chasis, creando una plataforma de "monopatín" que ahora es sinónimo de diseño EV.Pero todavía están separados del coche.Un complemento, por así decirlo.
Las baterías estructurales subvierten este paradigma al hacer que todo el chasis esté hecho de celdas de batería.En un futuro aparentemente onírico, no solo el piso de carga será, en lugar de contener, baterías, sino también ciertas partes de la carrocería, pilares A, techos e incluso, como ha demostrado una institución de investigación, es posible. filtro de aire sala presurizada-no sólo equipada con baterías, pero en realidad constituida por baterías.En palabras del gran Marshall McLuhan, un automóvil es una batería.
Bueno, aunque las baterías modernas de iones de litio parecen de alta tecnología, son pesadas.La densidad de energía de los iones de litio es mucho menor que la de la gasolina, por lo que para lograr la misma autonomía que los vehículos de combustibles fósiles, las baterías de los vehículos eléctricos modernos son muy grandes.Muy grande.
Más importante aún, son pesados.Como pesado en "carga ancha".La fórmula básica que se utiliza actualmente para calcular la densidad de energía de una batería es que cada kilogramo de iones de litio puede generar alrededor de 250 vatios-hora de electricidad.O en el mundo de las abreviaturas, los ingenieros prefieren 250 Wh/kg.
Haz un poco de matemáticas, una batería de 100 kWh es como un Tesla enchufado a una batería Model S, lo que significa que vayas donde vayas, arrastrarás unos 400 kg de batería.Esta es la mejor y más eficiente aplicación.Para nosotros, los legos, puede ser más exacto estimar que una batería de 100 kWh pesa alrededor de 1,000 libras.Como media tonelada.
Ahora imagina algo como el nuevo Hummer SUT, que dice tener una potencia a bordo de hasta 213 kWh.Incluso si el general encuentra algunos avances en la eficiencia, el Hummer superior seguirá arrastrando una tonelada de baterías.Sí, conducirá más lejos, pero debido a todas estas ventajas adicionales, el aumento de la autonomía no se corresponde con la duplicación de la batería.Por supuesto, su camión debe tener un motor más potente, es decir, menos eficiente, para igualar.El rendimiento de alternativas más ligeras y de menor alcance.Como le dirá cualquier ingeniero automotriz (ya sea por velocidad o economía de combustible), el peso es el enemigo.
Aquí es donde entra en juego la batería estructural. Al construir automóviles a partir de baterías en lugar de agregarlas a las estructuras existentes, la mayor parte del peso adicional desaparece.Hasta cierto punto, es decir, cuando todas las cosas estructurales se convierten en baterías, aumentar el rango de crucero del automóvil casi no produce pérdida de peso.
Como era de esperar, porque sé que está sentado allí pensando "¡Qué gran idea!", Hay obstáculos para esta solución inteligente.El primero es dominar la capacidad de fabricar baterías a partir de materiales que se pueden usar no solo como ánodos y cátodos para cualquier batería básica, sino también como lo suficientemente fuertes y ¡muy livianos!-Una estructura que pueda soportar un automóvil de dos toneladas y sus pasajeros, y se espera que sea segura.
No es sorprendente que los dos componentes principales de la batería estructural más poderosa hasta la fecha, fabricada por la Universidad Tecnológica de Chalmers e invertida por el Instituto Real de Tecnología KTH, las dos universidades de ingeniería más famosas de Suecia, sean fibra de carbono y aluminio.Esencialmente, la fibra de carbono se usa como electrodo negativo;el electrodo positivo utiliza papel de aluminio recubierto de fosfato de hierro y litio.Dado que la fibra de carbono también conduce electrones, no hay necesidad de plata y cobre pesados.El cátodo y el ánodo se mantienen separados por una matriz de fibra de vidrio que también contiene un electrolito, por lo que no solo transporta iones de litio entre los electrodos, sino que también distribuye la carga estructural entre los dos.El voltaje nominal de cada una de estas celdas de batería es de 2,8 voltios y, como todas las baterías de vehículos eléctricos actuales, se puede combinar para producir los 400 V o incluso los 800 V comunes a los vehículos eléctricos cotidianos.
Aunque se trata de un claro salto, ni siquiera estas células de alta tecnología están listas para el horario de máxima audiencia.Su densidad de energía es de solo 25 vatios-hora por kilogramo, y su rigidez estructural es de 25 gigapascales (GPa), que es solo un poco más fuerte que la fibra de vidrio del marco.Sin embargo, con fondos de la Agencia Espacial Nacional Sueca, la última versión ahora usa más fibra de carbono en lugar de electrodos de papel de aluminio, que según los investigadores tienen rigidez y densidad de energía.De hecho, se espera que estas últimas baterías de carbono/carbono produzcan hasta 75 vatios-hora de electricidad por kilogramo y un módulo de Young de 75 GPa.Esta densidad de energía aún puede estar a la zaga de las baterías de iones de litio tradicionales, pero su rigidez estructural ahora es mejor que la del aluminio.En otras palabras, la batería diagonal del chasis del vehículo eléctrico hecha de estas baterías puede ser estructuralmente tan fuerte como la batería hecha de aluminio, pero el peso se reducirá considerablemente.
Es casi seguro que el primer uso de estas baterías de alta tecnología sea la electrónica de consumo.El profesor de Chalmers, Leif Asp, dijo: "En unos pocos años, es completamente posible fabricar un teléfono inteligente, una computadora portátil o una bicicleta eléctrica que pesa solo la mitad del peso actual y es más compacto".Sin embargo, como señaló la persona a cargo del proyecto, “nosotros realmente solo está limitado por nuestra imaginación aquí”.
La batería no solo es la base de los vehículos eléctricos modernos, sino también su eslabón más débil.Incluso el pronóstico más optimista solo puede ver el doble de la densidad de energía actual.¿Qué pasa si queremos obtener la increíble autonomía que todos hemos prometido, y parece que cada semana alguien promete 1000 kilómetros por carga?— Tendremos que hacer algo mejor que agregar baterías a los autos: tendremos que hacer autos con baterías.
Los expertos dicen que la reparación temporal de algunas rutas dañadas, incluida la carretera Coquihalla, llevará varios meses.
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