ในวันพุธที่ 24 พฤศจิกายนที่จะถึงนี้ ตารางรอบล่าสุดของรายการ Driving into the Future จะอภิปรายว่าอนาคตของการผลิตแบตเตอรี่ของแคนาดาจะเป็นอย่างไร ไม่ว่าคุณจะเป็นคนมองโลกในแง่ดี คุณเชื่อจริงๆ ว่ารถยนต์ทุกคันจะเป็นรถยนต์ไฟฟ้าภายในปี 2578 หรือคุณคิดว่าเราจะไม่บรรลุเป้าหมายอันทะเยอทะยานนั้น รถยนต์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ถือเป็นส่วนสำคัญของอนาคตของเรา หากแคนาดาต้องการเป็นส่วนหนึ่งของการปฏิวัติทางไฟฟ้านี้ เราจำเป็นต้องหาวิธีที่จะเป็นผู้ผลิตระบบไฟฟ้ายานยนต์ชั้นนำในอนาคต หากต้องการดูว่าอนาคตจะเป็นอย่างไร โปรดดูการประชุมโต๊ะกลมการผลิตแบตเตอรี่ล่าสุดสำหรับเราในแคนาดาในวันพุธนี้ เวลา 11.00 น. ตามเวลาตะวันออก
ลืมเรื่องแบตเตอรี่โซลิดสเตตไปได้เลย เช่นเดียวกับการโฆษณาเกินจริงเกี่ยวกับซิลิคอนแอโนด แม้แต่แบตเตอรี่อลูมิเนียมแอร์ที่ไม่สามารถชาร์จที่บ้านได้ก็ไม่สามารถเขย่าโลกของยานพาหนะไฟฟ้าได้
แบตเตอรี่โครงสร้างคืออะไร? นี่เป็นคำถามที่ดี โชคดีสำหรับฉันที่ไม่อยากแกล้งทำเป็นว่าฉันอาจไม่เชี่ยวชาญด้านวิศวกรรม คำตอบนั้นง่ายมาก รถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบันใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ที่ติดตั้งอยู่ในรถ โอ้ เราได้พบวิธีใหม่ในการซ่อนคุณภาพ ซึ่งก็คือการสร้างแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั้งหมดเหล่านี้ลงบนพื้นของแชสซี สร้างแพลตฟอร์ม "สเก็ตบอร์ด" ที่ตอนนี้มีความหมายเหมือนกันกับการออกแบบ EV แต่ก็ยังแยกจากตัวรถ ส่วนเสริมถ้าคุณต้องการ
แบตเตอรี่ที่มีโครงสร้างล้มล้างกระบวนทัศน์นี้โดยทำให้โครงทั้งหมดทำจากเซลล์แบตเตอรี่ ในอนาคตที่ดูเหมือนฝัน ไม่เพียงแต่พื้นที่รับน้ำหนักเท่านั้นที่จะเป็นแทนที่จะเป็นแบตเตอรี่ แต่ยังมีบางส่วนของตัวถัง เช่น เสา A หลังคา และแม้แต่ตามที่สถาบันวิจัยได้แสดงให้เห็น ก็เป็นไปได้ ห้องอัดแรงดันอากาศ - ไม่เพียงแต่มีแบตเตอรี่เท่านั้น แต่ประกอบด้วยแบตเตอรี่จริงๆ ตามคำพูดของ Marshall McLuhan ผู้ยิ่งใหญ่ รถยนต์คือแบตเตอรี่
แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสมัยใหม่จะดูไฮเทค แต่ก็มีน้ำหนักมาก ความหนาแน่นของพลังงานของลิเธียมไอออนนั้นน้อยกว่าน้ำมันเบนซินมาก ดังนั้นเพื่อให้บรรลุถึงช่วงเดียวกันกับยานพาหนะที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล แบตเตอรี่ใน EV สมัยใหม่จึงมีขนาดใหญ่มาก ใหญ่มาก.
ที่สำคัญมันหนักมาก เช่นของหนักใน "ภาระกว้าง" สูตรพื้นฐานที่ใช้ในปัจจุบันในการคำนวณความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่คือลิเธียมไอออนทุกกิโลกรัมสามารถผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 250 วัตต์-ชั่วโมง หรือในโลกของตัวย่อ วิศวกรชอบ 250 Wh/kg
ลองคำนวณดูหน่อยว่าแบตเตอรี่ 100 kWh ก็เหมือนกับการเสียบแบตเตอรี่ Tesla เข้ากับแบตเตอรี่ Model S ซึ่งหมายความว่าไม่ว่าคุณจะไปที่ไหน คุณจะลากแบตเตอรี่ได้ประมาณ 400 กิโลกรัม นี่คือแอปพลิเคชั่นที่ดีที่สุดและมีประสิทธิภาพที่สุด สำหรับฆราวาสอย่างเรา อาจแม่นยำกว่าหากประมาณว่าแบตเตอรี่ขนาด 100 kWh หนักประมาณ 1,000 ปอนด์ เช่นครึ่งตัน
ลองจินตนาการถึงบางอย่างเช่น Hummer SUT ใหม่ ซึ่งอ้างว่ามีกำลังไฟฟ้าสูงสุด 213 kWh แม้ว่าคนทั่วไปจะพบความก้าวหน้าในด้านประสิทธิภาพ แต่ Hummer ตัวท็อปก็ยังคงลากแบตเตอรี่ได้ประมาณหนึ่งตัน ใช่ มันจะขับได้ไกลขึ้น แต่เนื่องจากข้อดีเพิ่มเติมทั้งหมดนี้ ระยะที่เพิ่มขึ้นจึงไม่สอดคล้องกับการเพิ่มแบตเตอรี่เป็นสองเท่า แน่นอนว่ารถบรรทุกจะต้องมีเครื่องยนต์ที่ทรงพลังกว่าหรือมีประสิทธิภาพน้อยกว่าจึงจะเข้ากัน ประสิทธิภาพของทางเลือกที่เบากว่าและช่วงที่สั้นกว่า ดังที่วิศวกรยานยนต์ทุกคน (ไม่ว่าจะในเรื่องความเร็วหรือการประหยัดน้ำมัน) จะบอกคุณว่าน้ำหนักคือศัตรู
นี่คือที่มาของแบตเตอรี่โครงสร้าง การสร้างรถยนต์จากแบตเตอรี่แทนที่จะเพิ่มเข้าไปในโครงสร้างที่มีอยู่ น้ำหนักที่เพิ่มเข้าไปส่วนใหญ่จะหายไป ในระดับหนึ่ง—นั่นคือ เมื่อสิ่งก่อสร้างทั้งหมดถูกแปลงเป็นแบตเตอรี่—การเพิ่มระยะการขับของรถทำให้น้ำหนักแทบไม่ลดลงเลย
อย่างที่คุณคาดหวัง เพราะฉันรู้ว่าคุณกำลังนั่งอยู่ตรงนั้นและคิดว่า "ช่างเป็นความคิดที่ยอดเยี่ยมจริงๆ!" - วิธีแก้ปัญหาอันชาญฉลาดนี้มีอุปสรรค ประการแรกคือการฝึกฝนความสามารถในการสร้างแบตเตอรี่จากวัสดุที่ไม่เพียงแต่สามารถใช้เป็นแอโนดและแคโทดสำหรับแบตเตอรี่พื้นฐานเท่านั้น แต่ยังแข็งแรงเพียงพอและเบามากด้วย! -โครงสร้างที่สามารถรองรับรถยนต์น้ำหนัก 2 ตันและผู้โดยสารได้ และหวังว่าจะปลอดภัย
ไม่น่าแปลกใจเลยที่องค์ประกอบหลักสองประการของแบตเตอรี่โครงสร้างที่ทรงพลังที่สุดจนถึงปัจจุบันผลิตโดย Chalmers University of Technology และลงทุนโดย KTH Royal Institute of Technology ซึ่งเป็นมหาวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์ที่มีชื่อเสียงที่สุดสองแห่งของสวีเดน ได้แก่ คาร์บอนไฟเบอร์และอะลูมิเนียม โดยพื้นฐานแล้ว คาร์บอนไฟเบอร์ถูกใช้เป็นขั้วลบ อิเล็กโทรดบวกใช้ฟอยล์อลูมิเนียมเคลือบลิเธียมเหล็กฟอสเฟต เนื่องจากคาร์บอนไฟเบอร์ยังนำอิเล็กตรอนด้วย จึงไม่จำเป็นต้องมีเงินและทองแดงจำนวนมาก แคโทดและแอโนดจะถูกเก็บไว้แยกจากกันด้วยเมทริกซ์ใยแก้วซึ่งมีอิเล็กโทรไลต์ด้วย ดังนั้นจึงไม่เพียงแต่ขนส่งลิเธียมไอออนระหว่างอิเล็กโทรดเท่านั้น แต่ยังกระจายภาระทางโครงสร้างระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสองอีกด้วย แรงดันไฟฟ้าปกติของแต่ละเซลล์แบตเตอรี่คือ 2.8 โวลต์ และเช่นเดียวกับแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าอื่นๆ ในปัจจุบัน สามารถนำมารวมกันเพื่อผลิตไฟฟ้าขนาด 400V หรือ 800V ที่ใช้กันทั่วไปในรถยนต์ไฟฟ้าในชีวิตประจำวัน
แม้ว่านี่จะเป็นการก้าวกระโดดที่ชัดเจน แต่แม้แต่เซลล์ที่มีเทคโนโลยีสูงเหล่านี้ก็ยังไม่พร้อมสำหรับช่วงไพรม์ไทม์เลย ความหนาแน่นของพลังงานมีค่าน้อยมากเพียง 25 วัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม และความแข็งของโครงสร้างอยู่ที่ 25 กิกะปาสคาล (GPa) ซึ่งแข็งแกร่งกว่าใยแก้วของเฟรมเพียงเล็กน้อยเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ด้วยเงินทุนจากสำนักงานอวกาศแห่งชาติสวีเดน เวอร์ชันล่าสุดจึงใช้คาร์บอนไฟเบอร์มากกว่าอิเล็กโทรดอลูมิเนียมฟอยล์ ซึ่งนักวิจัยอ้างว่ามีความแข็งและความหนาแน่นของพลังงาน ในความเป็นจริง แบตเตอรี่คาร์บอน/คาร์บอนรุ่นล่าสุดเหล่านี้คาดว่าจะผลิตไฟฟ้าได้สูงถึง 75 วัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม และโมดูลัสของ Young ที่ 75 GPa ความหนาแน่นของพลังงานนี้อาจยังตามหลังแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเดิม แต่ปัจจุบันความแข็งของโครงสร้างดีกว่าอะลูมิเนียม กล่าวอีกนัยหนึ่งแบตเตอรี่แนวทแยงของแชสซีรถยนต์ไฟฟ้าที่ทำจากแบตเตอรี่เหล่านี้อาจมีโครงสร้างที่แข็งแกร่งเท่ากับแบตเตอรี่ที่ทำจากอลูมิเนียม แต่น้ำหนักจะลดลงอย่างมาก
การใช้งานครั้งแรกของแบตเตอรี่ไฮเทคเหล่านี้เกือบจะเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคอย่างแน่นอน ศาสตราจารย์ Chalmers Leif Asp กล่าวว่า "ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า เป็นไปได้ที่จะสร้างสมาร์ทโฟน แล็ปท็อป หรือจักรยานไฟฟ้าที่มีน้ำหนักเพียงครึ่งหนึ่งของวันนี้และมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น" อย่างไรก็ตาม ดังที่ผู้รับผิดชอบโครงการนี้ชี้ให้เห็นว่า “ที่นี่เราถูกจำกัดด้วยจินตนาการของเราเท่านั้น”
แบตเตอรี่ไม่ได้เป็นเพียงพื้นฐานของรถยนต์ไฟฟ้าสมัยใหม่เท่านั้น แต่ยังเป็นจุดอ่อนที่สุดอีกด้วย แม้แต่การคาดการณ์ในแง่ดีที่สุดก็สามารถมองเห็นความหนาแน่นของพลังงานในปัจจุบันได้เพียงสองเท่าเท่านั้น จะเป็นอย่างไรถ้าเราอยากได้ระยะทางที่น่าทึ่งอย่างที่เราทุกคนสัญญาไว้ และดูเหมือนว่ามีคนสัญญาว่าจะวิ่งได้ 1,000 กิโลเมตรต่อการชาร์จทุกสัปดาห์ — เราจะต้องทำให้ดีกว่าการเพิ่มแบตเตอรี่ให้กับรถยนต์: เราจะต้องสร้างรถยนต์จากแบตเตอรี่
ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าการซ่อมแซมเส้นทางที่เสียหายบางเส้นทางชั่วคราว ซึ่งรวมถึงทางหลวงโกกีฮัลลา อาจใช้เวลาหลายเดือน
Postmedia มุ่งมั่นที่จะรักษาฟอรัมสนทนาที่กระตือรือร้นและเป็นส่วนตัว และสนับสนุนให้ผู้อ่านทุกคนแบ่งปันความคิดเห็นเกี่ยวกับบทความของเรา อาจใช้เวลาถึงหนึ่งชั่วโมงก่อนที่ความคิดเห็นจะปรากฏบนเว็บไซต์ เราขอให้คุณแสดงความคิดเห็นของคุณที่เกี่ยวข้องและให้ความเคารพ เราได้เปิดใช้งานการแจ้งเตือนทางอีเมล หากคุณได้รับการตอบกลับความคิดเห็น หากชุดความคิดเห็นที่คุณติดตามได้รับการอัปเดต หรือหากคุณติดตามความคิดเห็นของผู้ใช้ คุณจะได้รับอีเมลทันที โปรดไปที่หลักเกณฑ์ของชุมชนของเราเพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติมและรายละเอียดเกี่ยวกับวิธีปรับการตั้งค่าอีเมล