Alhliða túlkun á háþróuðum samsettum efnum fyrir rafknúin farartæki og bílaiðnað
Samsett efni vísa til efna sem eru samsett úr tveimur eða fleiri mismunandi efnum. Venjulega er hægt að nota málma, keramik eða fjölliða efni sem aðal fylkisefni. Í samanburði við hefðbundin efni eru flest samsett efni hönnuð með áherslu á mikinn sérstyrk, minni þyngd og tiltölulega mikla tæringarþol. Hærri styrkur, meiri þreytustyrkur, betri eðliseiginleikar, léttari þyngd og betri yfirborðsáferð eru helstu kostir samsettra efna.
Í bílaiðnaðinum eru samsett efni léttari en algengustu málmarnir. Samsett efni sem byggir á koltrefjum eru afkastamestu fjölliða samsetningarefnin sem notuð eru í bíla, geimferða, hervörn og íþróttabúnað. Í hefðbundnum bílum er málmur aðalbyggingin en sumir innri hlutar eru úr samsettum efnum. Undanfarin ár hefur koltrefjasamsetning verið talin heppilegasta efnið til að draga úr þyngd ökutækja, þó að það geti verið frábrugðið hefðbundnum málmum og sé dýrt.
Samanborið við álblöndur geta samsett efni séð meiri aukningu á vélrænni eiginleikum, örbyggingu og formgerð yfirborðs. Almennt er notkun samsettra efna í bílaiðnaðinum flokkuð sem sérstök efni. Í rafknúnum farartækjum eru stál og steypujárn um helmingur efnanna miðað við þyngd; álblöndur eru um 9% af heildinni, plast 11% og gúmmí 3%. Nú á dögum eru atvinnugreinar að einbeita sér að nýtingu endurnýjanlegra auðlinda og nýta enn frekar endurvinnanlegt, umhverfisvænt og hættuminni efni með alþjóðlegum áhrifum.
Að draga úr losun og eldsneytisnotkun eru stórar áskoranir sem bílaiðnaðurinn stendur frammi fyrir. Vegna orkuframleiðslu sem byggir á kolefnisbundnu jarðefnaeldsneyti er mikið magn gróðurhúsalofttegunda losað út í umhverfið. Með stöðugri aukningu raforkunotkunar á heimsvísu hefur orðið aukning í orkuþörf á undanförnum áratugum. Vegna mikils eldsneytiskostnaðar, og einnig með tilliti til umhverfisrýrnunar, eru neytendur hvattir til að velja rafknúin farartæki. Eftirspurn og hvatning fyrir notkun rafknúinna farartækja hefur aukist í mörgum löndum um allan heim. Rafknúin farartæki eru valkostur við dísel, bensín og önnur jarðefnaeldsneytisbíla vegna þess að þeir nota litíumjónarafhlöður, sem bjóða upp á þægindin af blandaðri hleðslu og eru léttari í þyngd, þar sem flestir íhlutir eru gerðir úr samsettum efnum til að bæta eldsneytisnýtingu ökutækja. Að auki þurfa þeir kannski ekki flesta hluti sem þarf fyrir hefðbundin farartæki sem knúin eru jarðefnaeldsneyti. Sum ferðaþjónustufyrirtæki einbeita sér að því að skipta út brunavélaflotum sínum fyrir rafbíla.
Til að takast á við orkunýtingarvandamál, benda vísindamenn til að nota létt efni til að skipta um bílahluti, sem getur dregið úr þyngd ökutækja en aukið eldsneytissparnað. Fyrir hver 10 kílógramma lækkun á þyngd ökutækis mun kolefnislosun minnka um 1 gramm á hvern kílómetra og dregur þar með úr eldsneytisnotkun. Létta lausnin er smám saman að verða mikilvæg aðferð vegna þess að hún hefur reynst árangursrík við að draga úr eldsneytisþörf og losun.
Léttvigt bifreiða leggur áherslu á að draga úr massa ökutækis með öðrum efnum og endurhanna íhluti, en viðhalda stærð ökutækisins og tryggja enn frekar þarfir neytenda. Við hönnun ökutækja með brunahreyfli hafa vísindamenn notað ýmsa tækni til að rannsaka kosti léttra efna samanborið við hefðbundin. Niðurstaðan af samþættingu rafknúinna ökutækja og léttri hönnunar er að draga úr umhverfisáhrifum ökutækisins. Þar að auki er fyrirsjáanleg notkun á léttum efnum í rafknúnum ökutækjum, þar sem hún getur bætt afköst með því að minnka massa, svo sem akstursdrægi og rafhlöðustærðarstýringu (eins og sýnt er á myndinni hér að neðan).
Samsetning byggingarhluta rafbíla
Samsett efni eru talin hugsanleg efnisefni til framleiðslu á léttum íhlutum og reynt hefur verið að draga úr þyngd ökutækja en jafnframt þróa hagkvæmar aðferðir til að framleiða létt efni eins og koltrefjastyrkt plast (CFRP). Í samanburði við hefðbundin efni hefur CFRP mikinn styrk, litla þyngd, góða titringsþol, mikla stífleika og meiri þreytu og tæringarþol.
Á undanförnum árum, þó að samsett efnistækni í bifreiðum hafi hlotið mikla athygli og rannsóknir, er atvinnu í bílaiðnaðinum enn á eftir fluggeimiðnaðinum. Þess vegna er þörf á frekari þróun og framförum til að mæta vaxandi eftirspurn eftir rafknúnum ökutækjum. Eftirfarandi töflu sýnir flokkun mismunandi gerða ökutækja. Með því að sameina núverandi tölfræði frá rafbíla- og bílaiðnaðinum var áætlað verðmæti alþjóðlegs rafbílamarkaðar fyrir farþega árið 2020 um það bil 120,81 milljarður Bandaríkjadala, með væntanlegur samsettur árlegur vöxtur um 32,5% frá 2021 til 2028.
Mismunandi ökutækjaflokkar
Árið 2020 var bílasala á heimsvísu um það bil 3 milljónir eintaka, sem er tæplega 40% aukning frá 2019. Á sama ári voru rafbílar í Kína um 30% af sölu á heimsvísu. Síðan 2021 hafa Bandaríkin boðið upp á meira en 15 mismunandi gerðir af rafhlöðu rafknúnum ökutækjum (BEV). Samanborið við tengitvinn rafbíla (PHEV), er búist við meiri vexti af BEV bílum vegna drægni þeirra.
Í sess rafhlöðu rafbíla var uppfærða útgáfan af Tesla Model S algengust, þar sem birgir náði yfir 70% af sölu á rafgeyma rafbílasvæðinu árið 2020. Hæsta samsetta árlega vöxtinn í PHEV iðnaði gæti farið yfir 32% innan spátímabilsins. Þessar framfarir má rekja til tilmæla sem stjórnvöld í iðnvæddum og þróunarríkjum hafa lagt fram um að stuðla að notkun rafknúinna farartækja.