来る 11 月 24 日の水曜日、Driving into the Future の最新ラウンドテーブルでは、カナダのバッテリー生産の将来がどうなるかについて議論します。あなたが楽観主義者であるか、2035 年までにすべての自動車が電気自動車になると本気で信じているのか、あるいはその野心的な目標は達成できないと考えているのかにかかわらず、バッテリー駆動の自動車は私たちの将来の重要な部分です。カナダがこの電気革命に参加したいのであれば、将来的に自動車用電源システムの大手メーカーになる方法を見つける必要があります。未来がどうなるかを知るには、今週水曜日東部時間午前 11 時にカナダで開催される最新の電池製造ラウンドテーブルをご覧ください。
全固体電池のことは忘れてください。シリコン陽極に関するあらゆる誇大宣伝にも同じことが当てはまります。家庭で充電できない自慢のアルミニウム空気電池でさえ、電気自動車の世界を揺るがすことはできません。
構造電池とは何ですか?そうですね、これは良い質問です。幸いなことに、エンジニアリングの専門知識がないかもしれないふりをしたくない私にとって、答えは簡単です。現在の電気自動車は、車に搭載されたバッテリーによって電力を供給します。ああ、私たちはその品質を隠す新しい方法を見つけました。それは、これらすべてのリチウムイオン電池をシャーシの床に組み込んで、今やEV設計の代名詞である「スケートボード」プラットフォームを作成することです。しかし、それらはまだ車から離れています。必要に応じて、アドオン。
構造バッテリーは、シャーシ全体をバッテリーセルで作ることで、このパラダイムを覆します。一見夢のような未来では、耐荷重床だけでなく、車体の特定の部分、ピラー、屋根、さらには、研究機関が示したように、その可能性があります。エアフィルター加圧室 - バッテリーが装備されているだけでなく、実際にはバッテリーで構成されています。偉大なマーシャル・マクルーハンの言葉を借りれば、車はバッテリーです。
さて、最近のリチウムイオン電池はハイテクに見えますが、重いです。リチウムイオンのエネルギー密度はガソリンのエネルギー密度よりもはるかに小さいため、化石燃料車と同じ航続距離を達成するために、最新のEVのバッテリーは非常に大きくなります。とても大きい。
さらに重要なのは、重いことです。「ワイドロード」で重いなど。バッテリーのエネルギー密度を計算するために現在使用されている基本式は、リチウムイオン 1 キログラムごとに約 250 ワット時の電気を生成できるというものです。略語の世界では、エンジニアは 250 Wh/kg を好みます。
少し計算してみてください。100 kWh のバッテリーは、モデル S のバッテリーに接続されたテスラのようなものです。つまり、どこへ行くにも、約 400 kg のバッテリーを引きずることになります。これは最良かつ最も効率的なアプリケーションです。私たち素人にとっては、100 kWh のバッテリーの重量が約 1,000 ポンドであると見積もるほうが正確かもしれません。半トンとか。
ここで、最大 213 kWh の車載電力を搭載すると主張する新しいハマー SUT のようなものを想像してください。たとえ将軍が効率性において画期的な進歩を見つけたとしても、トップのハマーは依然として約1トンのバッテリーを引きずることになる。確かに、より遠くまで走行できるようになりますが、これらの追加の利点により、航続距離の増加はバッテリーの 2 倍に見合ったものではありません。もちろん、そのトラックには、それに見合ったより強力な、つまり効率が劣るエンジンが搭載されている必要があります。軽量で射程が短い代替品のパフォーマンス。自動車エンジニアなら誰しも（速度や燃費に関係なく）言うように、重量は敵です。
ここで構造バッテリーが登場します。既存の構造物にバッテリーを追加するのではなく、バッテリーから自動車を構築することで、追加重量のほとんどがなくなります。ある程度まで、つまりすべての構造物がバッテリーに変換された場合、車の航続距離を延ばしても重量はほとんど減りません。
ご想像のとおり、あなたはそこに座って「なんて素晴らしいアイデアだろう!」と考えていると思いますが、この賢明な解決策には障害があります。1 つ目は、基本的な電池のアノードおよびカソードとして使用できるだけでなく、十分な強度と非常に軽量な材料から電池を作成する能力を習得することです。●2トン車と乗員を支えられる構造で、安全性が期待されます。
驚くことではないが、これまでで最も強力な構造電池（スウェーデンの 2 つの最も有名な工学大学である KTH 王立工科大学が投資し、チャルマーズ工科大学によって製造された）の 2 つの主要コンポーネントは、炭素繊維とアルミニウムである。基本的に、炭素繊維は負極として使用されます。正極にはリン酸鉄リチウムでコーティングされたアルミニウム箔が使用されています。炭素繊維は電子も伝導するため、重い銀や銅は必要ありません。カソードとアノードは、電解質も含むガラス繊維マトリックスによって分離されているため、電極間でリチウムイオンを輸送するだけでなく、電極間の構造的負荷も分散されます。このような各バッテリーセルの公称電圧は 2.8 ボルトで、現在のすべての電気自動車バッテリーと同様に、それを組み合わせて日常の電気自動車に一般的な 400 V、さらには 800 V を生成することができます。
これは明らかな飛躍ですが、これらのハイテク細胞でさえ、ゴールデンタイムに向けた準備がまったく整っていません。エネルギー密度は 1 キログラムあたり 25 ワット時と無視できるほどであり、構造剛性は 25 ギガパスカル (GPa) で、フレームのガラス繊維よりもわずかに強いだけです。しかし、スウェーデン国立宇宙局からの資金提供により、最新バージョンではアルミニウム箔電極の代わりに炭素繊維がより多く使用されており、研究者らはこれにより剛性とエネルギー密度が向上すると主張している。実際、これらの最新の炭素/炭素電池は、1 キログラムあたり最大 75 ワット時の電力と 75 GPa のヤング率を生成すると予想されています。このエネルギー密度は依然として従来のリチウムイオン電池に劣る可能性がありますが、その構造的剛性はアルミニウムよりも優れています。つまり、これらの電池で作られた電気自動車シャーシ斜め電池は、構造的にはアルミニウム製電池と同等の強度を持ちながら、重量は大幅に軽減されることになる。
これらのハイテク電池の最初の用途はほぼ確実に家庭用電化製品です。チャルマーズのレイフ・アスプ教授は、「数年以内に、現在の重量の半分しかなく、よりコンパクトなスマートフォン、ノートパソコン、電動自転車を作ることは完全に可能だ」と述べた。しかし、プロジェクトの責任者が指摘したように、「ここで私たちが実際に制限できるのは私たちの想像力だけです。」
バッテリーは現代の電気自動車の基礎であるだけでなく、電気自動車の最も弱い部分でもあります。最も楽観的な予測でも、現在のエネルギー密度の 2 倍しかありません。私たち全員が約束している信じられないほどの航続距離を実現したい場合、そして毎週誰かが充電ごとに 1,000 キロメートルを約束しているようです。— 私たちは車にバッテリーを追加するよりももっとうまくやらなければなりません。バッテリーから車を作らなければなりません。
専門家らは、コキハラ高速道路など一部の損傷した路線の応急修復には数カ月かかるとしている。
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