Współczesne samochody elektryczne mają swoje ograniczenia, które wynikają z masywnych akumulatorów o stosukowo niewielkiej pojemności. Teraz naukowcy z Chalmers University of Technology zbudowali baterię, która pełniłaby również funkcję materiału nośnego spajającego samochód w całości. Szczegóły opisano w czasopiśmie Advanced Materials.
Akumulator strukturalny zrewolucjonizuje segment samochodów elektrycznych
W ramach prac nad tzw. bezmasowym magazynowaniem energii, szwedzcy inżynierowie opracował akumulator wykonany z kompozytu włókna węglowego. Obiecuje on podobną sztywność do aluminium, a jednocześnie jest w stanie magazynować sporo energii – wystarczająco dużo, aby można było go używać komercyjnie.
Czytaj też: Zbieram szczękę z podłogi. Ten akumulator do elektryków Mercedesa wydłuża jazdę o 80 proc.
Warto przypomnieć, że włókno węglowe jest bardzo lekkie, mocne i sztywne, więc znajduje zastosowanie w lotnictwie, gdzie liczy się każdy gram. Może jednak służyć również do budowy elektrod. Zespół naukowców z Chalmers University of Technology pod kierunkiem prof. Leifa Aspa pracuje nad tym od 2018 r.
Dr Richa Chaudhary z Chalmers University of Technology mówi:
Udało nam się stworzyć baterię wykonaną z kompozytu włókna węglowego, która jest tak sztywna jak aluminium i wystarczająco gęsta energetycznie, aby można ją było stosować komercyjnie. Podobnie jak ludzki szkielet, bateria pełni kilka funkcji jednocześnie.
Naukowcy stale ulepszają swoje “bezmasowe” akumulatory. Poprzedni kamień milowy osiągnięto w 2021 r., kiedy to opracowano ogniwo o gęstości energii 24 Wh/kg, co oznacza ok. 20 proc. pojemności porównywalnego akumulatora litowo-jonowego. Teraz udało się stworzyć baterię o gęstości energii 30 Wh/kg. To wciąż za mało, by zrewolucjonizować motoryzację, ale kierunek rozwoju jest dobry. Trzeba także pamiętać, że kiedy akumulator jest częścią konstrukcji nośnej i jest wykonany z lekkiego materiału, całkowita masa pojazdu spada. To z kolei przekłada się na mniejsze zapotrzebowanie energii.
Prof. Leif Asp wyjaśnia:
Wykonaliśmy obliczenia na samochodach elektrycznych, które pokazują, że mogłyby jeździć nawet o 70 procent dłużej niż obecnie, gdyby miały akumulatory strukturalne.
Najnowszy prototyp Szwedów jest prawie trzy razy sztywniejszy od poprzednich wersji, z modułem sprężystości 70 GPa (gigapaskali), w porównaniu z 25 GPa poprzedniej generacji. Jest teraz tak sztywny i zdolny do utrzymania ciężaru jak aluminium, a waży znacznie mniej.
Konstrukcja baterii wykorzystuje włókno węglowe zarówno w anodzie, jak i katodzie, gdzie służy również jako wzmocnienie i kolektor prądu. Eliminuje to potrzebę kolektorów prądu wykonanych z ciężkich materiałów, takich jak miedź, a także metali konfliktowych, takich jak kobalt, w konstrukcji elektrod. Ponadto bateria ta wykorzystuje półstały elektrolit zamiast ciekłego, aby przemieszczać jony litu. Dzięki temu jest mniej łatwopalna i bezpieczniejsza w użyciu – chociaż zespół przyznaje, że nadal istnieją pewne problemy z wystarczająco szybkim przechodzeniem jonów przez elektrolit do zastosowań o dużej mocy. Potrzebne są dalsze badania w tym zakresie.