Очаква се структурните батерии от въглеродни влакна да увеличат обхвата на движение на електрическите превозни средства със 70% в бъдеще.
Когато автомобили, самолети, кораби или компютри са направени от материал, който функционира едновременно като батерия и носеща конструкция, тяхното тегло и консумация на енергия могат да бъдат значително намалени. Според статия, публикувана на 10 в последния брой наРазширени материали, изследователски екип от Технологичния университет Чалмърс в Швеция постигна напредък в „безмасовото съхранение на енергия“ чрез разработване на многофункционална структурна батерия от въглеродни влакна. Тази батерия може да намали теглото на лаптопите наполовина, да направи смартфоните тънки като кредитни карти или да увеличи обхвата на движение на електрически превозни средства със 70% с едно зареждане.
Изследователят от Технологичния университет Чалмърс Рика Чаудхури заяви, че разработената от тях структурна батерия е направена от композитни материали от въглеродни влакна, които имат твърдост, сравнима с алуминия, и енергийна плътност, достатъчна за търговски приложения. Структурната батерия е материал, който може както да съхранява енергия, така и да понася товари. Интегрирането на материалите за батерии в действителната конструкция на продуктите означава, че електрически превозни средства, дронове, ръчни инструменти, лаптопи и смартфони могат да постигнат по-малко тегло.
През 2018 г. екипът за първи път демонстрира, че въглеродните влакна, които притежават висока здравина и твърдост, могат химически да съхраняват електрическа енергия и да функционират като електрод в литиево-йонни батерии. Това изследване привлече широко внимание и беше признато отСветът на физикатакато един от десетте най-добри пробива на тази година.
Оттогава изследователският екип доразви своята концепция, подобрявайки твърдостта и енергийната плътност на батерията. През 2021 г. те увеличиха енергийната плътност до 24 ватчаса на килограм (Wh/kg), което е около 20% от капацитета на сравними литиево-йонни батерии. Сега те са повишили енергийната плътност до 30 Wh/kg. Въпреки че това все още е по-ниско от обичайните в момента батерии, въздействието е значително различно. Когато батериите станат част от конструкцията и могат да бъдат направени от леки материали, общото тегло на превозното средство може да бъде значително намалено. В резултат на това енергията, необходима за електрическите превозни средства, ще намалее значително.
Изследователите направиха изчисления върху електрически превозни средства и установиха, че ако са оборудвани с новата структурна батерия, обхватът на шофиране може да се увеличи с до 70% в сравнение с настоящите нива. Твърдината на структурните батерийни единици също е значително подобрена, като модулът на еластичност, измерен в гигапаскали (GPa), нараства от 25 на 70. Това означава, че материалът може да понесе натоварвания като алуминий, но е по-лек.
Изследователите заявяват, че от гледна точка на мултифункционалността, производителността на новата батерия е два пъти по-висока от тази на предишното поколение, което я прави най-добрата батерия в света до момента. Въпреки това, преди батерийните клетки да могат да преминат от дребномащабно лабораторно производство към широкомащабно производство и приложение в технологични продукти или превозни средства, все още трябва да се направи значително количество инженерна работа.
