Dehongliad Cynhwysfawr o Gyfansoddion Uwch ar gyfer Cerbydau Trydan a'r Diwydiant Modurol
Mae deunyddiau cyfansawdd yn cyfeirio at ddeunyddiau sy'n cynnwys dau neu fwy o ddeunyddiau gwahanol. Yn nodweddiadol, gellir defnyddio metelau, cerameg, neu ddeunyddiau polymer fel y prif ddeunyddiau matrics. O'i gymharu â deunyddiau traddodiadol, mae'r rhan fwyaf o ddeunyddiau cyfansawdd wedi'u dylunio gan ganolbwyntio ar gryfder penodol uchel, pwysau is, a gwrthiant cyrydiad uchel. Cryfder uwch, cryfder blinder uwch, priodweddau ffisegol gwell, pwysau ysgafnach, a gorffeniad wyneb gwell yw prif fanteision deunyddiau cyfansawdd.
Yn y diwydiant modurol, mae deunyddiau cyfansawdd yn ysgafnach na'r metelau a ddefnyddir amlaf. Cyfansoddion sy'n seiliedig ar ffibr carbon yw'r cyfansoddion polymer sy'n perfformio orau a ddefnyddir mewn ceir, awyrofod, amddiffyn milwrol, ac offer chwaraeon. Mewn ceir traddodiadol, metel yw'r strwythur canolog, tra bod rhai rhannau mewnol wedi'u gwneud o ddeunyddiau cyfansawdd. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, ystyriwyd mai cyfansoddion ffibr carbon yw'r deunydd mwyaf addas ar gyfer lleihau pwysau cerbydau, er y gall fod yn wahanol i fetelau traddodiadol ac mae'n ddrud.
O'i gymharu ag aloion alwminiwm, gall deunyddiau cyfansawdd weld mwy o welliannau mewn priodweddau mecanyddol, microstrwythur, a morffoleg wyneb. Yn gyffredinol, mae cymhwyso deunyddiau cyfansawdd yn y diwydiant modurol yn cael ei ddosbarthu fel deunyddiau arbennig. Mewn cerbydau trydan, mae dur a haearn bwrw yn cyfrif am tua hanner y deunyddiau yn ôl pwysau; mae aloion alwminiwm yn cyfrif am tua 9% o'r cyfanswm, mae plastigau yn cyfrif am 11%, ac mae rwber yn cyfrif am 3%. Y dyddiau hyn, mae diwydiannau'n canolbwyntio ar ddefnyddio adnoddau adnewyddadwy a gwneud defnydd pellach o ddeunyddiau ailgylchadwy, ecogyfeillgar a llai peryglus gydag effaith fyd-eang.
Mae lleihau allyriadau a defnydd o danwydd yn heriau mawr a wynebir gan y diwydiant modurol. Oherwydd bod cynhyrchu ynni yn dibynnu ar danwydd ffosil carbon, mae llawer iawn o nwyon tŷ gwydr yn cael eu hallyrru i'r amgylchedd. Gyda'r cynnydd parhaus yn y defnydd o drydan byd-eang, bu cynnydd yn y galw am ynni dros yr ychydig ddegawdau diwethaf. Oherwydd cost uchel tanwydd, a hefyd yn ystyried diraddio amgylcheddol, mae defnyddwyr yn cael eu cymell i ddewis cerbydau trydan. Mae'r galw a'r cymhelliant ar gyfer defnyddio cerbydau trydan wedi cynyddu mewn llawer o wledydd ledled y byd. Mae cerbydau trydan yn ddewisiadau amgen i diesel, gasoline, a cherbydau tanwydd ffosil eraill oherwydd eu bod yn defnyddio batris lithiwm-ion, sy'n cynnig cyfleustra codi tâl cymysg ac yn ysgafnach o ran pwysau, gan fod y rhan fwyaf o gydrannau'n cael eu gwneud o ddeunyddiau cyfansawdd i wella effeithlonrwydd tanwydd cerbydau. Yn ogystal, efallai na fydd angen y rhan fwyaf o'r cydrannau sydd eu hangen arnynt ar gyfer cerbydau traddodiadol sy'n cael eu gyrru gan danwydd ffosil. Mae rhai cwmnïau marchogaeth yn canolbwyntio ar ddisodli eu fflydoedd injan hylosgi mewnol â cherbydau trydan.
Er mwyn mynd i'r afael â materion effeithlonrwydd ynni, mae ymchwilwyr yn awgrymu defnyddio deunyddiau ysgafn i ddisodli rhannau modurol, a all leihau pwysau cerbyd tra'n gwella economi tanwydd. Am bob gostyngiad o 10 cilogram ym mhwysau cerbydau, bydd allyriadau carbon yn gostwng 1 gram y cilomedr, a thrwy hynny leihau'r defnydd o danwydd. Mae'r ateb ysgafn yn dod yn ddull pwysig yn raddol oherwydd ei fod wedi profi'n effeithiol wrth leihau'r galw am danwydd ac allyriadau.
Mae ysgafnu modurol yn canolbwyntio ar leihau màs cerbydau trwy ddeunyddiau amgen ac ailgynllunio cydrannau, gan gynnal maint y cerbyd a sicrhau ymhellach anghenion defnyddwyr. Wrth ddylunio cerbydau injan hylosgi mewnol, mae ymchwilwyr wedi defnyddio technolegau amrywiol i astudio manteision deunyddiau ysgafn o'u cymharu â rhai traddodiadol. Canlyniad integreiddio cerbydau trydan a dyluniad ysgafn yw gostyngiad yn effaith amgylcheddol y cerbyd. Ar ben hynny, gellir rhagweld y defnydd o ddeunyddiau ysgafn mewn cerbydau trydan, oherwydd gall wella perfformiad trwy leihau màs, megis ystod gyrru a rheoli maint batri (fel y dangosir yn y ffigur isod).
Cyfansoddiad Cydran Strwythurol Cerbyd Trydan
Ystyrir bod deunyddiau cyfansawdd yn ddeunyddiau ymgeisydd posibl ar gyfer gweithgynhyrchu cydrannau ysgafn, a gwnaed ymdrechion i leihau pwysau cerbydau tra hefyd yn datblygu dulliau cost-effeithiol o gynhyrchu deunyddiau ysgafn fel Carbon Fiber Atgyfnerthedig Plastigau (CFRP). O'i gymharu â deunyddiau traddodiadol, mae CFRP yn meddu ar gryfder uchel, pwysau isel, ymwrthedd dirgryniad da, anystwythder uchel, a blinder uwch a gwrthiant cyrydiad.
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, er bod technoleg deunydd cyfansawdd modurol wedi cael sylw ac ymchwil eang, mae cyflogaeth yn y diwydiant modurol yn dal i lusgo y tu ôl i'r diwydiant awyrofod. Felly, mae angen datblygiad pellach a dyrchafiad i gwrdd â'r galw cynyddol am gerbydau trydan. Mae'r siart canlynol yn dangos dosbarthiad y gwahanol fathau o gerbydau. Gan gyfuno ystadegau cyfredol o'r diwydiannau cerbydau trydan a modurol, amcangyfrifir bod gwerth y farchnad cerbydau trydan teithwyr rhyngwladol yn 2020 tua $120.81 biliwn, gyda chyfradd twf blynyddol cyfansawdd disgwyliedig o tua 32.5% rhwng 2021 a 2028.
Categorïau cerbydau gwahanol
Yn 2020, roedd gwerthiannau ceir byd-eang tua 3 miliwn o unedau, gan nodi cynnydd o bron i 40% o 2019. Yn yr un flwyddyn, roedd cerbydau trydan yn Tsieina yn cyfrif am tua 30% o werthiannau byd-eang. Ers 2021, mae'r Unol Daleithiau wedi cynnig mwy na 15 o fodelau gwahanol o gerbydau batri-trydan (BEV). O'i gymharu â cherbydau trydan hybrid plygio i mewn (PHEV), disgwylir i BEVs weld twf uwch oherwydd eu materion amrywiaeth.
Yn y gilfach cerbydau batri-trydan, y fersiwn wedi'i huwchraddio o Model S Tesla oedd y mwyaf cyffredin, gyda'r cyflenwr yn cyflawni dros 70% o werthiannau yn y parth cerbydau batri-trydan yn 2020. Y gyfradd twf blynyddol cyfansawdd uchaf yn y diwydiant PHEV gallai fod yn fwy na 32% o fewn y cyfnod a ragwelir. Gellir priodoli'r datblygiadau hyn i'r argymhellion a gyflwynwyd gan lywodraethau economïau diwydiannol a datblygol i hyrwyddo'r defnydd o gerbydau trydan.