تقرير: تخزين الطاقة في الهيكل قد يحدث ثورة في السيارات الكهربائية
يعد وزن حزم بطاريات أيونات الليثيوم أحد العوائق الرئيسية لتكنولوجيا السيارات الكهربائية ، ليس فقط ديناميكيًا ولكن أيضًا لأن حمل المزيد من الوزن يدفع إلى استخدام المزيد من الطاقة.
نظرًا لأن السيارات الكهربائية تدور حول الاستدامة، فهذا يأتي بنتائج عكسية. ولكن ماذا لو أمكن التخلص من البطارية التقليدية واستبدالها بتقنية بطارية التخزين الكهربائية التي يمكن دمجها في المكونات الهيكلية للسيارة وبالتالي لا تضيف وزنًا إضافيًا للسيارة على الإطلاق؟
قد يكون لدى العلماء في جامعة شالمر للتكنولوجيا في جوتنبرج والمعهد الملكي للتكنولوجيا كا تي أتش في ستوكهولم الجواب فيما يدعوه تخزين الطاقة عديم الكتلة.
تعود فكرة السويديين إلى سباقات الجائزة الكبرى في الستينيات، عندما استخدم BRM و Lotus لأول مرة المحرك وناقلات الحركة كجزء هيكلي من الهيكل، مما يوفر وزن إطار الفضاء التقليدي. تخزين الطاقة عديم الكتلة هو مكافئ حديث، يدمج الكيمياء الكهربية لأيون الليثيوم في مادة هيكلية يمكن تصنيع السيارة منها، تدعى مركب ألياف الكربون.
أسفر مشروع البحث السويدي، الذي بدأ في عام 2007، عن طريقة لاستخدام ألياف الكربون لتكوين أنود، مع كاثود مصنوع من رقائق الألومنيوم المطلية بالحديد والفوسفات، مفصولة بنسيج من الألياف الزجاجية في مزيج إلكتروليت. يستبدل مفهوم جديد الرقائق بألياف الكربون للإلكترود الموجب ويجمعها مع فاصل أرق، وبالتالي إنتاج مادة تخزين طاقة أكثر صلابة لها قوة الألمنيوم ولكنها أخف وزنًا.
انخفاض صلابة ألياف الكربون لا يمثل مشكلة في السياررات مقارنة بالطائرات
ركز البحث في البداية على البنية الدقيقة لألياف الكربون. اكتشف العلماء أن الألياف التي تحتوي على بلورات صغيرة وسيئة التوجيه لها صلابة أقل من الألياف ذات البلورات الكبيرة والموجهة جيدًا ولكنها تتمتع بخصائص كهروكيميائية جيدة، مما يجعلها مادة مناسبة للأنود والكاثود. يركز سوق ألياف الكربون الهيكلية بشكل أكبر على مواد ذات مواصفات عالية للطائرات، لكن الانخفاض الطفيف في الصلابة لا يمثل مشكلة للاستخدام في السيارات.
المادة الجديدة لا تتمتع بكثافة طاقة جيدة مقارنة بالبطارية التقليدية. يحتوي إصدار المرحلة الأولى على كثافة طاقة بوزن 24 وات لكل كيلو جرام والتي تمثل على سبيل المثال. 17٪ فقط من كثافة الطاقة لبطارية كيا إي نيرو 64 كيلو واط في الساعة، ومع ذلك، فإن الاستغناء عن بطارية تقليدية بهذا الحجم من شأنه أن يزيل حوالي 460 كجم من وزن السيارة ويكون له تأثير إيجابي ومثير على المدى والأداء.
سيكون السؤال فيما بعد عن حجم المادة التي يمكن أن تدمج في هيكل السيارة وكيف ستتوازن العملية بين الوزن المنخفض للسيارة وكثافة الطاقة المنخفضة. يأمل أولئك الذين يعملون في المشروع أن تصل كثافة الطاقة لنسخة المرحلة الثانية مع القطب الموجب المصنوع من ألياف الكربون والكاثود إلى 75 واط في الساعة لكل كيلوغرام.
دمج البطارية في هيكل السيارة يوفر الطاقة للمحرك والمعدات المساعدة ويساعد على تخزين الطاقة المستردة
على الرغم من أن البدايات والتكلفة يمثلان تحديات كبيرة، إلا أن إمكانية دمج مادة في هيكل السيارة لا يمكنها فقط تخزين الطاقة لتشغيل محرك الجر ولكن أيضًا لتشغيل المعدات المساعدة الأخرى في السيارة مثل التدفئة والأضواء و تكييف الهواء أو تخزين الطاقة المستردة عن طريق الكبح المتجدد.
قد تثبت المادة أيضًا أنها تتلاءم جيدًا مع بنى السيارات الكهربائية المتطورة، والتي يمكن تصميمها من البداية مع وضع تخزين الطاقة عديم الكتلة في الاعتبار.
