At bygge biler ud af batterier er ikke så tosset, som det lyder

De høje omkostninger og det begrænsede udvalg af elektriske køretøjer kan gøre dem til et svært salg, og deres dyreste og mest begrænsende komponent er deres batterier.

Power trunk: En forsker installerer et nyt bagagerumsdæksel lavet af kulfibre, der lagrer elektricitet.

Men batterier åbner også op for nye designmuligheder, fordi de kan formes på flere måder end benzintanke, og fordi de kan være lavet af bærende materialer. Hvis deres kemi kan gøres mere sikker, kan batterier erstatte konventionelle dørpaneler og andre kropsdele, hvilket potentielt gør et køretøj væsentligt lettere, mere rummeligt og billigere. Dette kunne være et stykke vej mod at hjælpe elbiler med at konkurrere med gasdrevne.

Tesla Motors og Volvo har demonstreret tidlige versioner af den generelle tilgang ved at bygge batteripakker, der kan erstatte noget af det strukturelle materiale i en konventionel bil. Snesevis af andre forskningsgrupper og virksomheder tager yderligere skridt for at fremstille batterier, der erstatter eksisterende kropsdele, såsom kropspaneler og rammer.

Evnen til at bruge batterier som strukturelle materialer er i øjeblikket begrænset af brugen af ​​brændbare elektrolytter, men forskere udvikler sikrere kemi, der kunne bruges mere bredt. Fremgangsmåden rejser også flere praktiske spørgsmål: kan de energilagrende karrosseripaneler konstrueres, så selv om de er bulet, vil bilen stadig fungere? Og hvor dyrt bliver karrosseri? Imidlertid kunne bilproducenter vende sig til den tilgang, der er under pres for at sælge flere elektriske køretøjer og hybrider for at opfylde strenge fremtidige brændstoføkonomiske standarder.

Batterier er den dyreste vare i elbiler, så at gøre dem billigere ville også gøre elbiler billigere. Men selv uden væsentlige gennembrud kan nye batteridesigns gøre en bil lettere.

Et eksempel er den måde, Tesla har designet batteriet til Model S på. Metalkabinettet, der beskytter batteriet, tjener også til at gøre bilrammen mere stiv, hvilket reducerer den samlede mængde metal, der er nødvendig (se Hvordan Tesla driver elbilinnovation ).

I denne måned demonstrerede Volvo en anden tilgang ved hjælp af lithium-ion-batterier, som er lavet af tynde film af materiale, der er rullet eller foldet op for at danne en battericelle. Forskere ved Lulea University of Technology i Sverige lagde disse film i samarbejde med Volvo mellem plader af kulfiberkomposit. Den resulterende struktur blev brugt til at erstatte plastikkropsdele og et lille konventionelt batteri på en hybridversion af Volvo S80. (Bilen er en stop-start hybrid, der bruger et batteri til at gøre det muligt at slukke for motoren, når bilen ikke bevæger sig.)

Det amerikanske energiministerium Advanced Research Projects Agency for Energy bruger 37 millioner dollars på projekter, der søger at bruge batterier som strukturelle materialer. (Programmet hedder RANGE, som står for Robust, Affordable, Next-Generation Energy Storage Systems). I to ARPA-E-projekter er forskere ved at finde ud af måder at designe batteripakker til at absorbere energi i et styrt for at erstatte materialer, der nu bruges til at beskytte passagerer. For eksempel, i stedet for at pakke battericeller ind i en solid blok, kan cellerne få lov til at bevæge sig forbi hinanden i en ulykke og sprede energi, som de gør.

De fleste af de metoder, der er blevet udforsket indtil videre, bruger stadig konventionelle battericeller - de dele af pakken, der faktisk lagrer energi. Hvis der kan laves sikrere battericeller, så ville dette give endnu mere fleksibilitet i, hvordan en bil kan designes. Du behøver ikke at omslutte dem i beskyttende etuier eller regulere deres temperatur for at forhindre batteribrande.

Når du ikke er besat af at beskytte batterier, kan du være meget mere kreativ. Du er ikke begrænset til arkitekturen af ​​konventionelle biler, siger Ping Liu , der administrerer og hjalp med at udtænke ARPA-E's RANGE-projekt.

Til dette formål udvikler flere forskere nye kemier, der ikke bruger brændbare elektroder, så batterierne sikkert kan bruges som dørpaneler. De overvejer at erstatte flygtige elektrolytter med mindre brændbare polymerer, vandbaserede materialer og keramik (se Solid-State Batterier). Når de har en mere sikker elektrolyt, vil forskerne lede efter måder at bruge batterielektroderne i en celle til at bære belastninger.

Volvo har en eksperimentel version af denne tilgang, der bruger kulfibre i kompositmaterialer til at lagre og lede elektricitet, men også til at styrke kompositterne. Enheden var udformet i form af et bagagerumslåg. Men den kunne kun producere nok elektricitet til at tænde nogle LED'er, så den kunne ikke erstatte batteriet i en elbil eller en hybrid. En nyere version udvikles på Imperial College i London erstatter den epoxy, der normalt holder kulfibre sammen i en komposit med en blanding af stive materialer og ioniske væsker, der kan lede ladede molekyler. Dette danner en type superkondensator, der kan lagre nok energi til at blive brugt i stedet for et batteri i en stop-start hybrid.

For elbiler og hybrider med større batterier lagrer superkondensatorer ikke nok energi. Så for at give tilstrækkelig rækkevidde udvikler nogle forskere lithium-ion-batterier, der bruger kulfibre til en elektrode, men bruger konventionelle lithium-ion-materialer til den modsatte. Andre har udviklet en ikke-flygtig polymerelektrolyt til at erstatte konventionelle, brandfarlige. Det resulterende materiale vil gøre det muligt at udføre to opgaver med én ting, siger Leif Asp , professor ved Luleå Universitet. Adskillige ARPA-E-projekter tager denne form for tilgang.

Disse nye elektrolytter og bærende battericeller er sandsynligvis mere end et årti væk fra at være nyttige i biler. Det vil være svært at sikre, at batteriet lagrer store mængder energi og også kan være stærkt nok som en strukturel komponent.

Asp siger, at de første applikationer kunne være i bærbar elektronik, hvor bærende batterier kunne erstatte konventionelle plastikkasser. Men hvis bilkomponenter en dag kan laves af sådanne materialer, kan batterier endelig gå fra en begrænsende faktor til et salgsargument.

skjule