Jumatano ijayo, Novemba 24, jedwali la hivi punde zaidi la Kuendesha gari katika Wakati Ujao litajadili jinsi mustakabali wa uzalishaji wa betri nchini Kanada utakavyokuwa. Iwe una matumaini-unaamini kabisa kuwa magari yote yatakuwa ya umeme ifikapo 2035-au unadhani hatutafikia lengo hilo kuu, magari yanayotumia betri ni sehemu muhimu ya maisha yetu ya usoni. Ikiwa Kanada inataka kuwa sehemu ya mapinduzi haya ya umeme, tunahitaji kutafuta njia ya kuwa mtengenezaji mkuu wa mifumo ya nguvu za magari katika siku zijazo. Ili kuona jinsi siku za usoni zitakavyokuwa, tazama jedwali la hivi punde la kutengeneza betri kwa ajili yetu nchini Kanada Jumatano hii saa 11:00 asubuhi kwa saa za Afrika Mashariki.
Kusahau kuhusu betri za hali imara. Vile vile huenda kwa hype yote kuhusu anodi za silicon. Hata betri ya hewa ya alumini-hewa ambayo haiwezi kuchajiwa nyumbani haiwezi kutikisa ulimwengu wa magari ya umeme.
Betri ya muundo ni nini? Naam, hili ni swali zuri. Kwa bahati nzuri kwangu, ambaye hataki kujifanya kuwa labda sina utaalamu wa uhandisi, jibu ni rahisi. Magari ya sasa ya umeme yanaendeshwa na betri zilizowekwa kwenye gari. Lo, tumepata njia mpya ya kuficha ubora wao, ambayo ni kujenga betri hizi zote za lithiamu-ion kwenye sakafu ya chasi, na kuunda jukwaa la "skateboard" ambalo sasa ni sawa na muundo wa EV. Lakini bado wamejitenga na gari. Nyongeza, ukipenda.
Betri za muundo hupotosha dhana hii kwa kutengeneza chasi nzima iliyotengenezwa na seli za betri. Katika siku zijazo zinazoonekana kama ndoto, sio tu sakafu ya kubeba mzigo itakuwa-badala ya kubeba-betri, lakini sehemu fulani za mwili-A-nguzo, paa, na hata, kama taasisi ya utafiti imeonyesha, inawezekana. chujio cha hewa chumba chenye shinikizo - sio tu kilicho na betri, lakini kinaundwa na betri. Kwa maneno ya Marshall McLuhan mkuu, gari ni betri.
Kweli, ingawa betri za kisasa za lithiamu-ion zinaonekana za hali ya juu, ni nzito. Uzito wa nishati ya ioni ya lithiamu ni chini sana kuliko ile ya petroli, kwa hivyo kufikia safu sawa na magari ya mafuta, betri katika EV za kisasa ni kubwa sana. Kubwa sana.
Muhimu zaidi, wao ni nzito. Kama vile nzito katika "mzigo mpana". Njia ya msingi inayotumika sasa kukokotoa msongamano wa nishati ya betri ni kwamba kila kilo ya ioni ya lithiamu inaweza kutoa takriban saa 250 za wati za umeme. Au katika ulimwengu wa ufupisho, wahandisi wanapendelea, 250 Wh / kg.
Fanya hesabu kidogo, betri ya kWh 100 ni kama Tesla iliyochomekwa kwenye betri ya Model S, kumaanisha kuwa popote uendapo, utaburuta takriban kilo 400 za betri. Hii ni maombi bora na yenye ufanisi zaidi. Kwa sisi watu wa kawaida, inaweza kuwa sahihi zaidi kukadiria kuwa betri ya kWh 100 ina uzani wa takriban pauni 1,000. Kama vile nusu tani.
Sasa fikiria kitu kama Hummer SUT mpya, ambayo inadai kuwa na nguvu ya ndani ya hadi 213 kWh. Hata kama jenerali atapata mafanikio fulani katika ufanisi, Hummer ya juu bado itaburuta takriban tani moja ya betri. Ndio, itaendesha mbali zaidi, lakini kwa sababu ya faida hizi zote za ziada, ongezeko la anuwai hailingani na kuongezeka mara mbili kwa betri. Bila shaka, lori lake lazima liwe na injini yenye nguvu zaidi - yaani, isiyofaa - ili kuendana. Utendaji wa njia mbadala nyepesi na fupi za masafa. Kama kila mhandisi wa magari (iwe kwa kasi au uchumi wa mafuta) atakuambia, uzito ni adui.
Hapa ndipo betri ya muundo inapoingia. Kwa kujenga magari kutoka kwa betri badala ya kuziongeza kwenye miundo iliyopo, uzito mwingi ulioongezwa hupotea. Kwa kadiri fulani—yaani, vitu vyote vya kimuundo vinapogeuzwa kuwa betri—kuongezeka kwa masafa ya kusafiri kwa gari kunasababisha karibu kupunguza uzito.
Kama ungetarajia - kwa sababu najua umeketi hapo ukifikiria "Wazo zuri sana!" - kuna vizuizi kwa suluhisho hili la busara. Ya kwanza ni kujua uwezo wa kutengeneza betri kutoka kwa nyenzo ambazo zinaweza kutumika sio tu kama anodi na cathodes kwa betri yoyote ya msingi, lakini pia nguvu ya kutosha-na nyepesi sana! -Muundo unaoweza kuhimili gari la tani mbili na abiria wake, na inategemewa kuwa litakuwa salama.
Haishangazi, sehemu kuu mbili za betri ya muundo yenye nguvu zaidi hadi leo iliyotengenezwa na Chuo Kikuu cha Teknolojia cha Chalmers na kuwekezwa na Taasisi ya Teknolojia ya KTH Royal, vyuo vikuu viwili maarufu vya uhandisi vya Uswidi - ni nyuzi za kaboni na alumini. Kimsingi, nyuzinyuzi kaboni hutumiwa kama elektrodi hasi; electrode chanya hutumia foil ya alumini iliyofunikwa na chuma cha lithiamu. Kwa kuwa nyuzi za kaboni pia hufanya elektroni, hakuna haja ya fedha nzito na shaba. Cathode na anode huwekwa tofauti na matrix ya fiber ya kioo ambayo pia ina electrolyte, hivyo sio tu husafirisha ioni za lithiamu kati ya electrodes, lakini pia inasambaza mzigo wa miundo kati ya hizo mbili. Voltage ya kawaida ya kila seli kama hiyo ya betri ni volti 2.8, na kama betri zote za sasa za gari la umeme, inaweza kuunganishwa ili kutoa 400V au hata 800V ya kawaida kwa magari ya kila siku ya umeme.
Ingawa hii ni hatua ya wazi, hata seli hizi za teknolojia ya juu haziko tayari kwa wakati mzuri hata kidogo. Uzito wao wa nishati ni saa 25 tu za watt kwa kilo, na ugumu wao wa muundo ni gigapascals 25 (GPa), ambayo ni nguvu kidogo tu kuliko nyuzi za kioo za sura. Hata hivyo, kwa ufadhili wa Shirika la Kitaifa la Anga la Uswidi, toleo la hivi punde sasa linatumia nyuzinyuzi zaidi za kaboni badala ya elektroni za foil za alumini, ambazo watafiti wanadai zina ugumu na msongamano wa nishati. Kwa hakika, betri hizi za hivi punde za kaboni/kaboni zinatarajiwa kuzalisha hadi saa 75 za wati za umeme kwa kilo na moduli ya Young ya 75 GPa. Msongamano huu wa nishati bado unaweza kubaki nyuma ya betri za jadi za lithiamu-ioni, lakini ugumu wake wa muundo sasa ni bora kuliko alumini. Kwa maneno mengine, betri ya chasi ya gari ya umeme iliyotengenezwa kwa betri hizi inaweza kuwa na nguvu kimuundo kama betri iliyotengenezwa kwa alumini, lakini uzito utapungua sana.
Matumizi ya kwanza ya betri hizi za hali ya juu ni karibu umeme wa watumiaji. Profesa wa Chalmers Leif Asp alisema: “Baada ya miaka michache, inawezekana kabisa kutengeneza simu mahiri, kompyuta ndogo au baiskeli ya umeme ambayo ni nusu tu ya uzani wa leo na iliyoshikana zaidi.” Walakini, kama vile msimamizi wa mradi alivyosema, "Sisi kwa kweli ni mdogo tu na mawazo yetu hapa."
Betri sio tu msingi wa magari ya kisasa ya umeme, lakini pia kiungo chake dhaifu. Hata utabiri wa matumaini zaidi unaweza kuona mara mbili tu ya msongamano wa sasa wa nishati. Je, ikiwa tunataka kupata masafa ya ajabu ambayo sisi sote tumeahidi - na inaonekana kwamba mtu kila wiki anaahidi kilomita 1,000 kwa malipo? - Tutalazimika kufanya vizuri zaidi kuliko kuongeza betri kwenye magari: italazimika kutengeneza magari kutoka kwa betri.
Wataalamu wanasema kwamba ukarabati wa muda wa baadhi ya njia zilizoharibika, ikiwa ni pamoja na barabara kuu ya Coquihalla, utachukua miezi kadhaa.
Midia ya posta imejitolea kudumisha jukwaa hai lakini la faragha la majadiliano na inahimiza wasomaji wote kushiriki maoni yao juu ya makala zetu. Inaweza kuchukua hadi saa moja kwa maoni kuonekana kwenye tovuti. Tunakuomba uweke maoni yako muhimu na yenye heshima. Tumewasha arifa za barua pepe-ukipokea jibu la maoni, ikiwa mazungumzo unayofuata yatasasishwa, au ukifuata maoni ya mtumiaji, sasa utapokea barua pepe. Tafadhali tembelea Miongozo yetu ya Jumuiya kwa maelezo zaidi na maelezo kuhusu jinsi ya kurekebisha mipangilio ya barua pepe.