Visaptveroša modernu kompozītmateriālu interpretācija elektriskajiem transportlīdzekļiem un automobiļu rūpniecībai
Kompozītmateriāli attiecas uz materiāliem, kas sastāv no diviem vai vairākiem dažādiem materiāliem. Parasti kā galvenos matricas materiālus var izmantot metālus, keramiku vai polimēru materiālus. Salīdzinot ar tradicionālajiem materiāliem, lielākā daļa kompozītmateriālu ir izstrādāti, koncentrējoties uz augstu īpatnējo izturību, mazāku svaru un salīdzinoši augstu izturību pret koroziju. Lielāka izturība, lielāka noguruma izturība, labākas fizikālās īpašības, mazāks svars un labāka virsmas apdare ir galvenās kompozītmateriālu priekšrocības.
Automobiļu rūpniecībā kompozītmateriāli ir vieglāki nekā visbiežāk izmantotie metāli. Oglekļa šķiedras kompozītmateriāli ir visaugstākās veiktspējas polimēru kompozītmateriāli, ko izmanto automašīnās, aviācijā, militārajā aizsardzībā un sporta aprīkojumā. Tradicionālajos automobiļos centrālo konstrukciju veido metāls, savukārt dažas iekšējās daļas ir izgatavotas no kompozītmateriāliem. Pēdējos gados oglekļa šķiedras kompozītmateriāli tiek uzskatīti par piemērotāko materiālu transportlīdzekļu svara samazināšanai, lai gan tas var atšķirties no tradicionālajiem metāliem un ir dārgs.
Salīdzinot ar alumīnija sakausējumiem, kompozītmateriāliem ir vairāk uzlabojumu mehāniskajās īpašībās, mikrostruktūrā un virsmas morfoloģijā. Parasti kompozītmateriālu pielietojums automobiļu rūpniecībā tiek klasificēts kā īpaši materiāli. Elektriskajos transportlīdzekļos tērauds un čuguns veido apmēram pusi no materiāliem pēc svara; alumīnija sakausējumi veido aptuveni 9% no kopējā daudzuma, plastmasa veido 11%, bet gumija - 3%. Mūsdienās nozares koncentrējas uz atjaunojamo resursu izmantošanu un tālāku pārstrādājamu, videi draudzīgu un mazāk bīstamu materiālu izmantošanu ar globālu ietekmi.
Emisiju un degvielas patēriņa samazināšana ir galvenās problēmas, ar kurām saskaras automobiļu rūpniecība. Sakarā ar enerģijas ražošanu, kuras pamatā ir fosilais kurināmais uz oglekļa bāzes, vidē tiek emitēts liels daudzums siltumnīcefekta gāzu. Nepārtraukti pieaugot elektroenerģijas patēriņam pasaulē, pēdējo desmitgažu laikā ir pieaudzis pieprasījums pēc enerģijas. Ņemot vērā augstās degvielas izmaksas, kā arī vides degradāciju, patērētāji ir motivēti izvēlēties elektriskos transportlīdzekļus. Daudzās pasaules valstīs ir palielinājies pieprasījums un motivācija pēc elektrisko transportlīdzekļu lietošanas. Elektriskie transportlīdzekļi ir alternatīva dīzeļdegvielas, benzīna un citiem fosilā kurināmā transportlīdzekļiem, jo tajos tiek izmantoti litija jonu akumulatori, kas piedāvā jauktas uzlādes ērtības un ir vieglāki, jo lielākā daļa komponentu ir izgatavoti no kompozītmateriāliem, lai uzlabotu transportlīdzekļa degvielas efektivitāti. Turklāt tiem var nebūt nepieciešama lielākā daļa sastāvdaļu, kas nepieciešamas tradicionālajiem transportlīdzekļiem, ko darbina fosilais kurināmais. Daži braucienu pakalpojumu uzņēmumi koncentrējas uz savu iekšdedzes dzinēju parku aizstāšanu ar elektriskajiem transportlīdzekļiem.
Lai risinātu energoefektivitātes problēmas, pētnieki iesaka izmantot vieglus materiālus, lai aizstātu automobiļu daļas, kas var samazināt transportlīdzekļa svaru, vienlaikus uzlabojot degvielas ekonomiju. Par katriem 10 kilogramiem transportlīdzekļa svara samazinājuma oglekļa emisija samazināsies par 1 gramu uz kilometru, tādējādi samazinot degvielas patēriņu. Viegls risinājums pakāpeniski kļūst par svarīgu metodi, jo tas ir izrādījies efektīvs degvielas pieprasījuma un izmešu samazināšanā.
Automobiļu vieglā svara samazināšana ir vērsta uz transportlīdzekļa masas samazināšanu, izmantojot alternatīvus materiālus un pārveidojot sastāvdaļas, vienlaikus saglabājot transportlīdzekļa izmēru un vēl vairāk nodrošinot patērētāju vajadzības. Iekšdedzes dzinēju transportlīdzekļu projektēšanā pētnieki ir izmantojuši dažādas tehnoloģijas, lai izpētītu vieglo materiālu priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajiem. Elektrisko transportlīdzekļu un vieglā dizaina integrācijas rezultāts ir transportlīdzekļa ietekmes uz vidi samazinājums. Turklāt ir paredzama vieglu materiālu izmantošana elektriskajos transportlīdzekļos, jo tas var uzlabot veiktspēju, samazinot masu, piemēram, braukšanas diapazonu un akumulatora izmēra kontroli (kā parādīts attēlā zemāk).
Elektrisko transportlīdzekļu strukturālo komponentu sastāvs
Kompozītmateriāli tiek uzskatīti par potenciāliem kandidātmateriāliem vieglo komponentu ražošanai, un ir pieliktas pūles, lai samazinātu transportlīdzekļa svaru, vienlaikus izstrādājot rentablas metodes vieglo materiālu, piemēram, oglekļa šķiedras pastiprinātas plastmasas (CFRP) ražošanai. Salīdzinot ar tradicionālajiem materiāliem, CFRP ir augsta izturība, mazs svars, laba vibrācijas izturība, augsta stingrība un lielāka noguruma un korozijas izturība.
Lai gan pēdējos gados automobiļu kompozītmateriālu tehnoloģija ir saņēmusi plašu uzmanību un pētījumus, nodarbinātība automobiļu rūpniecībā joprojām atpaliek no aviācijas un kosmosa nozares. Tāpēc ir nepieciešama turpmāka attīstība un attīstība, lai apmierinātu pieaugošo pieprasījumu pēc elektriskajiem transportlīdzekļiem. Nākamajā tabulā parādīta dažādu transportlīdzekļu tipu klasifikācija. Apvienojot pašreizējo statistiku no elektrisko transportlīdzekļu un automobiļu rūpniecības, starptautiskā pasažieru elektrisko transportlīdzekļu tirgus aplēstā vērtība 2020. gadā bija aptuveni USD 120,81 miljards ar sagaidāmo ikgadējo pieauguma tempu aptuveni 32,5% apmērā no 2021. līdz 2028. gadam.
Dažādas transportlīdzekļu kategorijas
2020. gadā pasaulē tika pārdoti aptuveni 3 miljoni vienību, kas nozīmē pieaugumu par gandrīz 40% salīdzinājumā ar 2019. gadu. Tajā pašā gadā elektriskie transportlīdzekļi Ķīnā veidoja aptuveni 30% no pasaules pārdošanas apjoma. Kopš 2021. gada ASV ir piedāvājušas vairāk nekā 15 dažādus akumulatoru elektrisko transportlīdzekļu (BEV) modeļus. Salīdzinājumā ar pieslēgtajiem hibrīdelektriskajiem transportlīdzekļiem (PHEV) ir sagaidāms, ka BEV pieaugs straujāk to diapazona problēmu dēļ.
Akumulatoru elektrisko transportlīdzekļu nišā visizplatītākā bija Tesla Model S modernizētā versija, un piegādātājs 2020. gadā sasniedza vairāk nekā 70% no pārdošanas apjoma akumulatoru elektrisko transportlīdzekļu jomā. Augstākais saliktā gada pieauguma rādītājs PHEV nozarē. prognozētajā periodā varētu pārsniegt 32%. Šos sasniegumus var saistīt ar rūpnieciski attīstīto un jaunattīstības valstu valdību ieteikumiem veicināt elektrisko transportlīdzekļu izmantošanu.