Vào thứ Tư sắp tới, ngày 24 tháng 11, bàn tròn mới nhất của Lái xe vào tương lai sẽ thảo luận về tương lai sản xuất pin của Canada sẽ như thế nào. Cho dù bạn là người lạc quan - bạn thực sự tin rằng tất cả ô tô sẽ chạy bằng điện vào năm 2035 - hay bạn cho rằng chúng ta sẽ không đạt được mục tiêu đầy tham vọng đó, thì ô tô chạy bằng pin là một phần quan trọng trong tương lai của chúng ta. Nếu Canada muốn trở thành một phần của cuộc cách mạng điện này, chúng ta cần tìm cách trở thành nhà sản xuất hệ thống điện ô tô hàng đầu trong tương lai. Để biết tương lai sẽ như thế nào, hãy xem hội nghị bàn tròn mới nhất về sản xuất pin của chúng tôi tại Canada vào thứ Tư tuần này lúc 11:00 sáng theo giờ miền Đông.
Hãy quên đi pin thể rắn. Điều tương tự cũng xảy ra với tất cả những lời cường điệu về cực dương silicon. Ngay cả loại pin nhôm-không khí được ca ngợi là không thể sạc tại nhà cũng không thể làm rung chuyển thế giới xe điện.
Pin cấu trúc là gì? Vâng, đây là một câu hỏi hay. Thật may mắn cho tôi, người không muốn giả vờ rằng mình có thể không có chuyên môn kỹ thuật, câu trả lời rất đơn giản. Ô tô điện hiện nay được cung cấp năng lượng bằng pin lắp trên ô tô. Ồ, chúng tôi đã tìm ra một cách mới để che giấu chất lượng của chúng, đó là lắp tất cả các pin lithium-ion này vào sàn của khung xe, tạo ra một nền tảng “ván trượt” hiện đồng nghĩa với thiết kế xe điện. Nhưng họ vẫn tách biệt khỏi xe. Một tiện ích bổ sung, nếu bạn muốn.
Pin cấu trúc phá vỡ mô hình này bằng cách chế tạo toàn bộ khung máy được làm từ các tế bào pin. Trong một tương lai tưởng chừng như mơ, không chỉ sàn chịu lực sẽ không chứa pin mà còn một số bộ phận của thân xe như cột A, mái nhà và thậm chí, như một tổ chức nghiên cứu đã chỉ ra, điều đó là có thể. Phòng điều áp bộ lọc không khí - không chỉ được trang bị pin, mà thực sự được cấu thành bởi pin. Theo lời của Marshall McLuhan vĩ đại, ô tô là một cục pin.
Chà, mặc dù pin lithium-ion hiện đại trông có vẻ công nghệ cao nhưng chúng rất nặng. Mật độ năng lượng của ion lithium thấp hơn nhiều so với xăng, vì vậy để đạt được phạm vi hoạt động tương tự như xe sử dụng nhiên liệu hóa thạch, pin trong xe điện hiện đại phải rất lớn. Rất lớn.
Quan trọng hơn, chúng rất nặng. Chẳng hạn như nặng nề trong "tải rộng". Công thức cơ bản hiện được sử dụng để tính mật độ năng lượng của pin là mỗi kg ion lithium có thể tạo ra khoảng 250 watt-giờ điện. Hoặc trong thế giới viết tắt, các kỹ sư thích hơn, 250 Wh/kg.
Làm một phép tính nhỏ, cục pin 100 kWh giống như một chiếc Tesla cắm vào pin Model S, tức là đi đến đâu bạn cũng sẽ kéo theo khoảng 400 kg pin. Đây là ứng dụng tốt nhất và hiệu quả nhất. Đối với chúng tôi, những người bình thường, có thể chính xác hơn khi ước tính rằng một cục pin 100 kWh nặng khoảng 1.000 pound. Chẳng hạn như nửa tấn.
Bây giờ hãy tưởng tượng một cái gì đó giống như Hummer SUT mới, được tuyên bố là có công suất trên tàu lên tới 213 kWh. Ngay cả khi tướng quân tìm thấy một số đột phá về hiệu quả, chiếc Hummer hàng đầu vẫn sẽ kéo theo khoảng một tấn pin. Đúng, nó sẽ lái xe xa hơn, nhưng vì tất cả những lợi thế bổ sung này, việc tăng phạm vi hoạt động không tương xứng với việc tăng gấp đôi pin. Tất nhiên, xe tải của nó phải có động cơ mạnh hơn - nghĩa là kém hiệu quả hơn - để phù hợp. Hiệu suất của các lựa chọn thay thế nhẹ hơn, phạm vi ngắn hơn. Như mọi kỹ sư ô tô (dù là về tốc độ hay tiết kiệm nhiên liệu) sẽ nói với bạn, trọng lượng là kẻ thù.
Đây là lúc pin cấu trúc phát huy tác dụng. Bằng cách chế tạo ô tô từ pin thay vì thêm chúng vào các cấu trúc hiện có, phần lớn trọng lượng tăng thêm sẽ biến mất. Ở một mức độ nhất định - nghĩa là khi tất cả mọi thứ trong cấu trúc được chuyển đổi thành pin - việc tăng phạm vi di chuyển của ô tô hầu như không làm giảm trọng lượng.
Đúng như bạn mong đợi - vì tôi biết bạn đang ngồi đó suy nghĩ "Thật là một ý tưởng tuyệt vời!" - có những trở ngại đối với giải pháp thông minh này. Đầu tiên là nắm vững khả năng chế tạo pin từ những vật liệu không chỉ có thể được sử dụng làm cực dương và cực âm cho bất kỳ loại pin cơ bản nào mà còn đủ bền - và rất nhẹ! -Một cấu trúc có thể hỗ trợ một chiếc ô tô nặng hai tấn và hành khách trên đó và người ta hy vọng rằng nó sẽ an toàn.
Không có gì đáng ngạc nhiên khi hai thành phần chính của loại pin cấu trúc mạnh nhất từ ​​trước đến nay do Đại học Công nghệ Chalmers chế tạo và được đầu tư bởi Viện Công nghệ Hoàng gia KTH, hai trường đại học kỹ thuật nổi tiếng nhất Thụy Điển, là sợi carbon và nhôm. Về cơ bản, sợi carbon được sử dụng làm điện cực âm; điện cực dương sử dụng lá nhôm phủ lithium sắt photphat. Vì sợi carbon cũng dẫn điện nên không cần bạc và đồng nặng. Cực âm và cực dương được giữ tách biệt bằng ma trận sợi thủy tinh cũng chứa chất điện phân, do đó nó không chỉ vận chuyển các ion lithium giữa các điện cực mà còn phân phối tải trọng cấu trúc giữa hai điện cực. Điện áp danh định của mỗi pin như vậy là 2,8 volt, và giống như tất cả các loại pin xe điện hiện tại, nó có thể được kết hợp để tạo ra điện áp 400V hoặc thậm chí 800V phổ biến cho xe điện hàng ngày.
Mặc dù đây là một bước nhảy vọt rõ ràng nhưng ngay cả những tế bào công nghệ cao này cũng chưa sẵn sàng cho thời kỳ sơ khai. Mật độ năng lượng của chúng chỉ là 25 watt-giờ/kg không đáng kể và độ cứng cấu trúc của chúng là 25 gigapascal (GPa), chỉ mạnh hơn sợi thủy tinh khung một chút. Tuy nhiên, với sự tài trợ từ Cơ quan Vũ trụ Quốc gia Thụy Điển, phiên bản mới nhất hiện sử dụng nhiều sợi carbon hơn thay vì điện cực lá nhôm mà các nhà nghiên cứu cho rằng có độ cứng và mật độ năng lượng. Trên thực tế, những loại pin carbon/carbon mới nhất này dự kiến ​​sẽ tạo ra công suất điện lên tới 75 watt giờ trên mỗi kg và mô đun Young là 75 GPa. Mật độ năng lượng này có thể vẫn tụt hậu so với pin lithium-ion truyền thống, nhưng độ cứng cấu trúc của nó hiện đã tốt hơn nhôm. Nói cách khác, pin chéo khung gầm xe điện làm bằng các loại pin này có thể có cấu trúc chắc chắn như pin làm bằng nhôm, nhưng trọng lượng sẽ giảm đi rất nhiều.
Ứng dụng đầu tiên của loại pin công nghệ cao này gần như chắc chắn là các thiết bị điện tử tiêu dùng. Giáo sư Leif Asp của Chalmers cho biết: “Trong vài năm nữa, hoàn toàn có thể chế tạo được điện thoại thông minh, máy tính xách tay hoặc xe đạp điện có trọng lượng chỉ bằng một nửa trọng lượng hiện nay và nhỏ gọn hơn”. Tuy nhiên, như người phụ trách dự án đã chỉ ra, “Chúng tôi thực sự chỉ bị giới hạn bởi trí tưởng tượng của chúng tôi ở đây.”
Pin không chỉ là nền tảng của xe điện hiện đại mà còn là mắt xích yếu nhất của nó. Ngay cả dự báo lạc quan nhất cũng chỉ có thể thấy mật độ năng lượng gấp đôi hiện tại. Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta muốn đạt được quãng đường đi được đáng kinh ngạc mà tất cả chúng ta đã hứa - và có vẻ như ai đó hứa hẹn đi được 1.000 km mỗi lần sạc mỗi tuần? — Chúng ta sẽ phải làm tốt hơn việc lắp thêm pin vào ô tô: chúng ta sẽ phải chế tạo ô tô từ pin.
Các chuyên gia cho rằng việc sửa chữa tạm thời một số tuyến đường bị hư hỏng, trong đó có đường cao tốc Coquihalla, sẽ mất vài tháng.
Postmedia cam kết duy trì một diễn đàn thảo luận tích cực nhưng riêng tư và khuyến khích tất cả độc giả chia sẻ quan điểm của họ về các bài viết của chúng tôi. Có thể mất tới một giờ để nhận xét xuất hiện trên trang web. Chúng tôi yêu cầu bạn giữ cho nhận xét của mình phù hợp và tôn trọng. Chúng tôi đã bật thông báo qua email - nếu bạn nhận được phản hồi nhận xét, nếu chuỗi nhận xét bạn theo dõi được cập nhật hoặc nếu bạn theo dõi nhận xét của người dùng, bây giờ bạn sẽ nhận được email. Vui lòng truy cập Nguyên tắc cộng đồng của chúng tôi để biết thêm thông tin và chi tiết về cách điều chỉnh cài đặt email.