Pada hari Rabu, 24 November mendatang, meja bundar terbaru Driving to the Future akan membahas seperti apa masa depan produksi baterai Kanada. Apakah Anda seorang yang optimis—Anda benar-benar yakin bahwa semua mobil akan menggunakan listrik pada tahun 2035—atau Anda berpikir kita tidak akan mencapai tujuan ambisius tersebut, mobil bertenaga baterai adalah bagian penting dari masa depan kita. Jika Kanada ingin menjadi bagian dari revolusi kelistrikan ini, kita perlu menemukan cara untuk menjadi produsen sistem tenaga otomotif terkemuka di masa depan. Untuk melihat seperti apa masa depan, saksikan diskusi meja bundar manufaktur baterai terbaru di Kanada pada hari Rabu ini pukul 11:00 Waktu Bagian Timur.
Lupakan baterai solid-state. Hal yang sama berlaku untuk semua hype tentang anoda silikon. Bahkan baterai aluminium-udara kebanggaan yang tidak dapat diisi dayanya di rumah tidak dapat mengguncang dunia kendaraan listrik.
Apa itu baterai struktural? Ini pertanyaan yang bagus. Untungnya bagi saya yang tidak mau berpura-pura tidak memiliki keahlian teknik, jawabannya sederhana. Mobil listrik saat ini ditenagai oleh baterai yang dipasang di dalam mobil. Oh, kami telah menemukan cara baru untuk menyembunyikan kualitasnya, yaitu dengan memasang semua baterai lithium-ion ini ke dalam lantai sasis, menciptakan platform “skateboard” yang kini identik dengan desain EV. Namun mereka masih terpisah dari mobil. Sebuah tambahan, jika Anda mau.
Baterai struktural menumbangkan paradigma ini dengan membuat seluruh sasis terbuat dari sel baterai. Di masa depan yang tampaknya seperti mimpi, tidak hanya lantai yang menahan beban yang akan menjadi-bukan berisi-baterai, tetapi bagian-bagian tertentu dari bodi-pilar-A, atap, dan bahkan, seperti yang ditunjukkan oleh sebuah lembaga penelitian, adalah mungkin. ruangan bertekanan filter udara-tidak hanya dilengkapi dengan baterai, tetapi sebenarnya terbuat dari baterai. Dalam kata-kata Marshall McLuhan yang hebat, mobil adalah baterai.
Meskipun baterai lithium-ion modern terlihat berteknologi tinggi, namun berat. Kepadatan energi lithium ion jauh lebih kecil dibandingkan bensin, sehingga untuk mencapai kisaran yang sama dengan kendaraan berbahan bakar fosil, baterai pada kendaraan listrik modern sangatlah besar. Sangat besar.
Lebih penting lagi, mereka berat. Seperti berat dalam “beban lebar”. Rumus dasar yang saat ini digunakan untuk menghitung kepadatan energi baterai adalah setiap kilogram lithium ion dapat menghasilkan sekitar 250 watt-jam listrik. Atau dalam dunia singkatannya, para insinyur lebih memilih, 250 Wh/kg.
Coba hitung sedikit, baterai 100 kWh ibarat Tesla yang dicolokkan ke baterai Model S, artinya kemanapun Anda pergi, Anda akan membawa sekitar 400 kg baterai. Ini adalah aplikasi terbaik dan paling efisien. Bagi kita orang awam, mungkin lebih akurat memperkirakan bahwa baterai 100 kWh memiliki berat sekitar 1.000 pon. Misalnya setengah ton.
Sekarang bayangkan sesuatu seperti Hummer SUT baru, yang diklaim memiliki daya terpasang hingga 213 kWh. Sekalipun para jenderal menemukan beberapa terobosan dalam efisiensi, Hummer kelas atas masih akan menggunakan sekitar satu ton baterai. Ya, memang akan melaju lebih jauh, namun karena semua kelebihan tambahan ini, peningkatan jangkauan tidak sepadan dengan penggandaan baterai. Tentu saja, truknya harus memiliki mesin yang lebih bertenaga — atau kurang efisien — agar bisa menandinginya. Performa alternatif yang lebih ringan dan jangkauannya lebih pendek. Seperti yang dikatakan oleh setiap insinyur otomotif (baik dalam hal kecepatan atau penghematan bahan bakar), bobot adalah musuhnya.
Di sinilah peran baterai struktural. Dengan membuat mobil dari baterai alih-alih menambahkannya ke struktur yang sudah ada, sebagian besar beban tambahan akan hilang. Sampai batas tertentu—yaitu, ketika semua benda struktural diubah menjadi baterai—meningkatkan jangkauan jelajah mobil hampir tidak menyebabkan penurunan berat badan.
Seperti yang Anda duga—karena saya tahu Anda sedang duduk di sana sambil berpikir, “Ide yang sangat bagus!”—ada hambatan dalam solusi cerdas ini. Yang pertama adalah menguasai kemampuan membuat baterai dari bahan yang dapat digunakan tidak hanya sebagai anoda dan katoda untuk baterai dasar apa pun, tetapi juga cukup kuat dan sangat ringan! -Struktur yang mampu menopang mobil seberat dua ton beserta penumpangnya, dan diharapkan aman.
Tidak mengherankan, dua komponen utama baterai struktural paling kuat hingga saat ini dibuat oleh Chalmers University of Technology dan diinvestasikan oleh KTH Royal Institute of Technology, dua universitas teknik paling terkenal di Swedia—adalah serat karbon dan aluminium. Pada dasarnya, serat karbon digunakan sebagai elektroda negatif; elektroda positif menggunakan aluminium foil berlapis litium besi fosfat. Karena serat karbon juga menghantarkan elektron, maka tidak diperlukan perak dan tembaga berat. Katoda dan anoda dipisahkan oleh matriks serat kaca yang juga mengandung elektrolit, sehingga tidak hanya mengangkut ion litium antar elektroda, namun juga mendistribusikan beban struktural di antara keduanya. Tegangan nominal setiap sel baterai adalah 2,8 volt, dan seperti semua baterai kendaraan listrik saat ini, baterai ini dapat digabungkan untuk menghasilkan 400V atau bahkan 800V yang umum pada kendaraan listrik sehari-hari.
Meskipun ini merupakan lompatan yang jelas, bahkan sel-sel berteknologi tinggi ini belum siap untuk tampil di prime time sama sekali. Kepadatan energinya hanya 25 watt-jam per kilogram, dan kekakuan strukturalnya adalah 25 gigapascal (GPa), yang hanya sedikit lebih kuat dari bingkai serat kaca. Namun, dengan pendanaan dari Badan Antariksa Nasional Swedia, versi terbaru kini lebih banyak menggunakan elektroda serat karbon daripada aluminium foil, yang menurut para peneliti memiliki kekakuan dan kepadatan energi. Faktanya, baterai karbon/karbon terbaru ini diharapkan dapat menghasilkan listrik hingga 75 watt-jam per kilogram dan modulus Young sebesar 75 GPa. Kepadatan energi ini mungkin masih tertinggal dibandingkan baterai lithium-ion tradisional, namun kekakuan strukturalnya kini lebih baik daripada aluminium. Dengan kata lain, baterai diagonal sasis kendaraan listrik yang terbuat dari baterai ini mungkin secara struktural sekuat baterai yang terbuat dari aluminium, namun bobotnya akan sangat berkurang.
Penggunaan pertama baterai berteknologi tinggi ini hampir pasti adalah barang elektronik konsumen. Profesor Chalmers Leif Asp berkata: “Dalam beberapa tahun, sangat mungkin untuk membuat ponsel pintar, laptop, atau sepeda listrik yang beratnya hanya setengah dari berat saat ini dan lebih kompak.” Namun, seperti yang ditunjukkan oleh penanggung jawab proyek, “Kami di sini sebenarnya hanya dibatasi oleh imajinasi kami.”
Baterai tidak hanya menjadi basis kendaraan listrik modern, tetapi juga merupakan mata rantai terlemahnya. Bahkan perkiraan paling optimis pun hanya dapat melihat kepadatan energi dua kali lipat saat ini. Bagaimana jika kita ingin mendapatkan jangkauan luar biasa yang telah kita janjikan – dan sepertinya seseorang setiap minggunya menjanjikan 1.000 kilometer dengan sekali pengisian daya? — Kita harus melakukan yang lebih baik daripada menambahkan baterai ke mobil: kita harus membuat mobil dari baterai.
Para ahli mengatakan perbaikan sementara pada beberapa rute yang rusak, termasuk jalan raya Coquihalla, akan memakan waktu beberapa bulan.
Postmedia berkomitmen untuk memelihara forum diskusi yang aktif namun pribadi dan mendorong semua pembaca untuk berbagi pandangan mereka tentang artikel kami. Mungkin diperlukan waktu hingga satu jam agar komentar muncul di situs web. Kami meminta Anda untuk menjaga komentar Anda tetap relevan dan penuh hormat. Kami telah mengaktifkan pemberitahuan email-jika Anda menerima tanggapan komentar, jika rangkaian komentar yang Anda ikuti diperbarui, atau jika Anda mengikuti komentar pengguna, Anda sekarang akan menerima email. Silakan kunjungi Pedoman Komunitas kami untuk informasi lebih lanjut dan detail tentang cara menyesuaikan pengaturan email.