Успешно развијена мултифункционална структурна батерија од угљеничних влакана! Очекује се повећање домета електричних возила за 70%.
Када се аутомобили, авиони, бродови или рачунари праве од материјала који може да служи и као батерија и као носива конструкција, њихова тежина и потрошња енергије биће значајно смањени. Према чланку објављеном 10. у последњем броју одНапредни материјали, истраживачки тим са Технолошког универзитета Цхалмерс у Шведској је постигао напредак у „безмасном складиштењу енергије“ и развио мултифункционалну структурну батерију од угљеничних влакана. Ова батерија би могла преполовити тежину лаптопа, учинити паметне телефоне танким као кредитне картице или повећати домет електричних возила за 70% са једним пуњењем.
Рицардо Цхаудхри, истраживач са Технолошког универзитета Цхалмерс, изјавио је да је структурна батерија коју су развили направљена од композита од угљеничних влакана, са крутошћу која је упоредива са алуминијумом, и густином енергије довољном за комерцијалну примену. Структурна батерија је материјал који може и да складишти енергију и подноси оптерећења. Учинити материјале за батерије саставним делом стварне структуре производа значи да производи попут електричних возила, дронова, ручних алата, лаптопова и паметних телефона могу постићи смањену тежину.
Електрична возила у великој мери зависе од великих литијум-јонских батерија за путовања на велике удаљености. Истраживачи са Технолошког универзитета Цхалмерс хтели су да виде да ли би могли да направе батерију која служи као носиви материјал за држање возила заједно, а истовремено смањује тежину. Као део пројекта „масовног складиштења енергије“, шведски истраживачки тим је развио батерију направљену од композита од угљеничних влакана. Ова батерија има тврдоћу сличну алуминијуму и може да складишти значајну количину енергије, што је чини погодном за комерцијалну употребу
Очекује се да батерије од угљеничних влакана складиште енергију и подржавају оптерећења слично као и алуминијумске батерије.
Заиста, карбонска влакна су позната по својој невероватној лаганој тежини, великој чврстоћи и високој крутости, што их чини популарним избором у структуралним и естетским материјалима возила високих перформанси. Упркос високој цени, он је такође критичан материјал у примени у ваздухопловству, где се сваки грам рачуна. Међутим, ако је дизајниран са електрохемијским инжењерингом за ову сврху, може послужити и као ефикасан материјал за електроде. Предвођен професором Леифом Аспом, тим из Чалмерса већ дуги низ година истражује ову област и објавио је студију 2018. која је први пут показала ово својство угљеничних влакана са специфичним кристалним распоредом.
Истраживачи Ксиа Зхениуан, Рицардо Цхаудхри и професор Леиф Асп већ дуги низ година проучавају концепт безмасног складиштења енергије.
Густина енергије новог дизајна батерије је 30 Вх/кг, што, према аутомобилским стандардима, није посебно високо. За референцу, номинална густина енергије батерије Хиундаи Ионик 6 од 53 кВх је 153 Вх/кг (ПДФ). Међутим, ова цифра представља само густину енергије батерије смештене у кутију; за поштено поређење, мора се узети у обзир и тежина целе конструкције возила. Дизајн ове структуралне батерије од угљеничних влакана има за циљ да замени целу шасију, смањујући укупну тежину возила уз ослобађање простора.
Произвођачи електричних возила и опреме могу искористити ову нову једначину да значајно смање тежину производа или да искористе ослобођени простор да додају још батерија, чиме се повећава укупни капацитет складиштења енергије.
Ови резултати би могли бити револуционарни у пракси. Асп је навео: „Спровели смо прорачуне на електричним возилима, а резултати показују да би, ако би електрична возила усвојила конкурентне структурне батерије, њихово време вожње могло да се продужи за 70% у поређењу са тренутним моделима.
Тврдоћа најновијег прототипа тима је скоро три пута већа од претходних итерација, са модулом еластичности који се повећава са 25 ГПа на 70 ГПа. Тим тврди да су његова тврдоћа и носивост сада упоредиви са алуминијумом, али је много лакши.
Овај дизајн батерије користи карбонска влакна и у аноди и у катоди, која такође служе за појачавање и провођење струје. Као резултат тога, нема потребе за тешким материјалима као што је бакар за стварање струјних колектора, нити постоји захтев за коришћење конфликтних метала као што је кобалт у дизајну електрода.
Овај дизајн батерије користи материјале од угљеничних влакана и за аноду и за катоду.
Поред тога, ова батерија користи получврсти електролит уместо течног електролита како би се олакшало кретање литијум јона између терминала. Као резултат тога, мање је запаљив и безбеднији за употребу - иако истраживачки тим признаје да још увек постоје изазови у омогућавању јона да брзо прођу кроз електролит како би се испунили захтеви апликација велике снаге. Потребно је више истраживања у овој области.
Заиста, ово је само још један лабораторијски прототип батерије, тако да ће овим електричним возилима и уређајима следеће генерације бити потребно још неколико година да се развију. Међутим, производња и комерцијализација великих размера су већ у току. Већ 2022. године, универзитет се удружио са фирмом ризичног капитала Цхалмерс Вентурес у Гетеборгу како би основао нову компанију под називом Синонус. Ова компанија је именовала новог генералног директора у јуну ове године да покрене комерцијализацију безмасовног складиштења енергије, што би могло да промени начин на који производимо аутомобиле, уређаје, па чак и лопатице ветротурбина.
Асп је изјавио: „Можемо замислити мобилне телефоне који су танки попут кредитне картице или лаптопа који теже само половину онога што сада раде и који су најближи у погледу временске линије. Компоненте попут електронике у аутомобилима или авионима такође би могле да се напајају структуралним батерије Ово ће захтевати значајна улагања како би се задовољиле изазовне енергетске потребе транспортне индустрије, али ту технологија може имати највећи утицај.
