Разработанная концепция батареи основана на композитном материале и использует углеродное волокно в качестве положительного и отрицательного электродов, где положительный электрод покрыт литий-железо-фосфатом. Углеродное волокно, используемое в материале электрода, является многофункциональным. В аноде оно выступает в качестве армирующей основы, а также в качестве электрического коллектора и активного материала. В катоде оно действует как арматура, токосъемник и как каркас для лития.
Прогресс и потенциал конструкционных батарей
Исследования конструкционных батарей ведутся в Чалмерсе в течение многих лет, а на некоторых этапах также совместно с исследователями из Королевского технологического института KTH в Стокгольме, Швеция. Когда в 2018 году профессор Лейф Асп и его коллеги опубликовали свои первые результаты о том, как жесткие и прочные углеродные волокна могут химически накапливать электрическую энергию, это достижение привлекло огромное внимание. Новость о том, что углеродное волокно может функционировать в качестве электродов в литий-ионных батареях, получила широкое распространение, и это достижение было включено в десятку крупнейших прорывов года по версии престижного издания Physics World.
Повышение эффективности электромобилей с помощью конструкционных аккумуляторов
С тех пор исследовательская группа усовершенствовала свою концепцию по жесткости и плотности энергии. Предыдущий рубеж был достигнут в 2021 году, когда батарея имела плотность энергии 24 ватт-часа на килограмм (Втч/кг), что означает примерно 20 процентов емкости сопоставимой литий-ионной батареи. Теперь это до 30 Вт·ч/кг. Хотя это все еще ниже, чем у сегодняшних аккумуляторов, условия применения новинки совсем другие. Когда аккумулятор является частью конструкции и может быть изготовлен из легкого материала, общий вес транспортного средства значительно снижается. В таком случае, например, для работы электромобиля требуется не так много энергии.
Будущее легкого и энергоэффективного транспорта
«Мы провели расчеты для электромобилей, которые показывают, что они могли бы ездить на 70 процентов дольше, чем сегодня, если бы у них были конкурентоспособные структурные батареи», – говорит руководитель исследования Лейф Асп, который является профессором кафедры промышленных и материаловедения в Чалмерсе.
Многофункциональные свойства аккумуляторов новой конструкции
Когда речь идет о транспортных средствах, конечно, предъявляются высокие требования к конструкции, которая должна быть достаточно прочной, чтобы соответствовать требованиям безопасности. Там структурный аккумуляторный элемент исследовательской группы значительно увеличил свою жесткость, или, точнее, модуль упругости, который измеряется в гигапаскалях (ГПа), с 25 до 70. Это означает, что материал может выдерживать нагрузки так же хорошо, как и алюминий, но при меньшем весе.
«С точки зрения многофункциональных свойств, новая батарея в два раза лучше своей предшественницы и на самом деле является лучшей из когда-либо созданных в мире», – говорит Лейф Асп, который занимается исследованиями конструкционных батарей с 2007 года.
Источник: https://scitechdaily.com/revolutionary-massless-battery-technology-could-extend-ev-range-by-70/
