Le mercredi 24 novembre prochain, la dernière table ronde de Driving into the Future discutera de ce à quoi pourrait ressembler l'avenir de la production canadienne de batteries.Que vous soyez un optimiste - que vous croyiez vraiment que toutes les voitures seront électriques d'ici 2035 - ou que vous pensiez que nous n'atteindrons pas cet objectif ambitieux, les voitures à batterie sont une partie importante de notre avenir.Si le Canada veut faire partie de cette révolution électrique, nous devons trouver un moyen de devenir le principal fabricant de systèmes d'alimentation automobile à l'avenir.Pour voir à quoi ressemble l'avenir, regardez la dernière table ronde sur la fabrication de batteries pour nous au Canada ce mercredi à 11h00, heure de l'Est.
Oubliez les batteries à semi-conducteurs.Il en va de même pour tout le battage médiatique autour des anodes en silicium.Même la fameuse batterie aluminium-air qui ne peut pas être rechargée à la maison ne peut pas ébranler le monde des véhicules électriques.
Qu'est-ce qu'une batterie structurelle ?Eh bien, c'est une bonne question.Heureusement pour moi, qui ne veux pas prétendre que je n'ai peut-être pas d'expertise en ingénierie, la réponse est simple.Les voitures électriques actuelles sont alimentées par des batteries installées dans la voiture.Oh, nous avons trouvé une nouvelle façon de cacher leur qualité, qui consiste à intégrer toutes ces batteries lithium-ion dans le plancher du châssis, créant une plate-forme "skateboard" qui est désormais synonyme de conception de VE.Mais ils sont toujours séparés de la voiture.Un complément, si vous voulez.
Les batteries structurelles renversent ce paradigme en fabriquant tout le châssis en cellules de batterie.Dans un avenir apparemment onirique, non seulement le plancher porteur sera-plutôt que de contenir des batteries, mais certaines parties de la carrosserie-piliers A, toits, et même, comme l'a montré un institut de recherche, c'est possible , Le filtre à air chambre pressurisée non seulement équipée de batteries, mais en réalité constituée de batteries.Comme le disait le grand Marshall McLuhan, une voiture est une batterie.
Eh bien, bien que les batteries lithium-ion modernes aient l'air high-tech, elles sont lourdes.La densité d'énergie du lithium-ion est bien inférieure à celle de l'essence, donc pour atteindre la même autonomie que les véhicules à carburant fossile, les batteries des véhicules électriques modernes sont très grandes.Très grand.
Plus important encore, ils sont lourds.Comme lourd en "charge large".La formule de base actuellement utilisée pour calculer la densité d'énergie d'une batterie est que chaque kilogramme de lithium-ion peut générer environ 250 wattheures d'électricité.Ou dans le monde des abréviations, les ingénieurs préfèrent, 250 Wh/kg.
Faites un peu de calcul, une batterie de 100 kWh c'est comme une Tesla branchée sur une batterie Model S, ce qui veut dire que partout où vous irez, vous traînerez environ 400 kg de batterie.C'est l'application la meilleure et la plus efficace.Pour nous, les profanes, il peut être plus précis d'estimer qu'une batterie de 100 kWh pèse environ 1 000 livres.Comme une demi-tonne.
Imaginez maintenant quelque chose comme le nouveau Hummer SUT, qui prétend avoir une puissance à bord allant jusqu'à 213 kWh.Même si le général constate quelques percées en matière d'efficacité, le haut Hummer traînera tout de même environ une tonne de batteries.Oui, il conduira plus loin, mais à cause de tous ces avantages supplémentaires, l'augmentation de l'autonomie n'est pas proportionnelle au doublement de la batterie.Bien sûr, son camion doit être équipé d'un moteur plus puissant, c'est-à-dire moins efficace.La performance des alternatives plus légères et à plus courte portée.Comme tout ingénieur automobile (que ce soit pour la vitesse ou l'économie de carburant) vous le dira, le poids est l'ennemi.
C'est là qu'intervient la batterie structurelle. En construisant des voitures à partir de batteries au lieu de les ajouter aux structures existantes, la majeure partie du poids supplémentaire disparaît.Dans une certaine mesure, c'est-à-dire lorsque tous les éléments structurels sont convertis en batteries, l'augmentation de l'autonomie de la voiture n'entraîne presque aucune perte de poids.
Comme vous vous en doutez, car je sais que vous êtes assis là à penser « Quelle bonne idée ! », il y a des obstacles à cette solution astucieuse.Le premier est de maîtriser la capacité de fabriquer des batteries à partir de matériaux qui peuvent être utilisés non seulement comme anodes et cathodes pour n'importe quelle batterie de base, mais aussi comme suffisamment solides et très légers !-Une structure pouvant supporter une voiture de deux tonnes et ses passagers, et on espère qu'elle sera sécuritaire.
Sans surprise, les deux principaux composants de la batterie structurelle la plus puissante à ce jour, fabriquée par l'Université de technologie de Chalmers et investie par le KTH Royal Institute of Technology, les deux universités d'ingénierie les plus célèbres de Suède, sont la fibre de carbone et l'aluminium.Essentiellement, la fibre de carbone est utilisée comme électrode négative ;l'électrode positive utilise une feuille d'aluminium recouverte de phosphate de fer et de lithium.Étant donné que la fibre de carbone conduit également les électrons, il n'y a pas besoin d'argent et de cuivre lourds.La cathode et l'anode sont séparées par une matrice en fibre de verre qui contient également un électrolyte, de sorte qu'elle transporte non seulement les ions lithium entre les électrodes, mais répartit également la charge structurelle entre les deux.La tension nominale de chacune de ces cellules de batterie est de 2,8 volts et, comme toutes les batteries de véhicules électriques actuelles, elle peut être combinée pour produire le 400 V ou même le 800 V commun aux véhicules électriques de tous les jours.
Bien qu'il s'agisse d'un bond en avant, même ces cellules de haute technologie ne sont pas du tout prêtes pour les heures de grande écoute.Leur densité d'énergie n'est que négligeable de 25 wattheures par kilogramme et leur rigidité structurelle est de 25 gigapascals (GPa), ce qui n'est qu'un peu plus résistant que la fibre de verre du cadre.Cependant, grâce au financement de l'Agence spatiale nationale suédoise, la dernière version utilise désormais plus de fibre de carbone au lieu d'électrodes en aluminium, qui, selon les chercheurs, ont une rigidité et une densité d'énergie.En fait, ces dernières batteries carbone/carbone devraient produire jusqu'à 75 wattheures d'électricité par kilogramme et un module de Young de 75 GPa.Cette densité d'énergie est peut-être encore inférieure aux batteries lithium-ion traditionnelles, mais sa rigidité structurelle est désormais meilleure que celle de l'aluminium.En d'autres termes, la batterie diagonale du châssis du véhicule électrique constituée de ces batteries peut être structurellement aussi solide que la batterie en aluminium, mais le poids sera fortement réduit.
La première utilisation de ces batteries de haute technologie est presque certainement l'électronique grand public.Le professeur Chalmers Leif Asp a déclaré: "Dans quelques années, il est tout à fait possible de fabriquer un smartphone, un ordinateur portable ou un vélo électrique qui ne pèse que la moitié du poids d'aujourd'hui et qui est plus compact."Cependant, comme l'a souligné la personne en charge du projet, "Nous n'avons vraiment de limites que par notre imagination ici."
La batterie n'est pas seulement la base des véhicules électriques modernes, mais aussi son maillon le plus faible.Même les prévisions les plus optimistes ne peuvent voir que le double de la densité énergétique actuelle.Et si nous voulions obtenir l'incroyable autonomie que nous avons tous promise - et il semble que quelqu'un promette chaque semaine 1 000 kilomètres par charge ?— Nous devrons faire mieux que d'ajouter des batteries aux voitures : nous devrons fabriquer des voitures avec des batteries.
Les experts disent que la réparation temporaire de certaines routes endommagées, y compris l'autoroute Coquihalla, prendra plusieurs mois.
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