Большой прорыв в области безмассового накопления энергии

Исследователи из Технологического университета Чалмерса выпустили структурный аккумулятор, который работает в десять раз лучше, чем все предыдущие версии.

Он содержит углеродное волокно, которое одновременно служит электродом, проводником и несущим материалом. Их последний исследовательский прорыв прокладывает путь к "безмассовому" хранению энергии в транспортных средствах и других технологиях.

Безмассовое хранение энергии

Аккумуляторы в современных электромобилях составляют большую часть веса автомобиля, не выполняя никакой несущей функции. С другой стороны, структурная батарея - это та, которая работает как источник энергии, так и часть конструкции, например, в кузове автомобиля. Это называется "безмассовым" накопителем энергии, потому что в сущности вес батареи исчезает, когда она становится частью несущей конструкции. Расчеты показывают, что этот тип многофункциональной батареи может значительно снизить вес электромобиля.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Разработка структурных батарей в Технологическом университете Чалмерса велась в течение многих лет исследований, в том числе и предыдущих открытий, связанных с определенными типами углеродного волокна. Помимо того, что они являются жесткими и прочными, они также обладают хорошей способностью химически накапливать электрическую энергию. Эта работа была названа Physics World одним из десяти крупнейших научных прорывов 2018 года.

Первая попытка сделать структурную батарею была предпринята еще в 2007 году, но до сих пор она оказалась трудной для производства батарей с хорошими электрическими и механическими свойствами.

Но настоящее открытие сделало реальный шаг вперед: исследователи из Чалмерса в сотрудничестве с Королевским технологическим институтом KTH из Стокгольма представили структурную батарею со свойствами, которые намного превосходят все, что только можно было наблюдать, с точки зрения накопления электрической энергии, жесткости и прочности. Ее многофункциональные характеристики в десять раз выше, чем у предыдущих структурных прототипов батарей.

Плотность энергии батареи составляет 24 Вт/кг, что означает примерно 20-процентную емкость по сравнению с аналогичными литий-ионными батареями, доступными в настоящее время. Но так как вес автомобиля может быть значительно уменьшен, то для управления электромобилем, например, потребуется меньше энергии, а более низкая плотность энергии также приводит к повышению безопасности. А при жесткости 25 ГПа структурная батарея действительно может составить конкуренцию многим другим широко используемым строительным материалам.

"Предыдущие попытки сделать структурные батареи привели к тому, что ячейки имеют либо хорошие механические свойства, либо хорошие электрические. Но здесь, используя углеродное волокно, нам удалось создать структурную батарею как с конкурентоспособной емкостью хранения энергии, так и с жесткостью", - объясняет Лейф Асп, профессор из Чалмерса и руководитель проекта.

Новая батарея имеет отрицательный электрод из углеродного волокна, а положительный электрод из алюминиевой фольги с литиево-железным фосфатным покрытием. Они разделены стекловолоконной тканью, в электролитной матрице. Несмотря на успех в создании структурной батареи в десять раз лучше, чем все предыдущие, исследователи не стали выбирать материалы, чтобы попытаться побить рекорды по количеству, они хотели исследовать и понять влияние архитектуры материалов и толщины сепаратора.

Сейчас реализуется новый проект, финансируемый Шведским национальным космическим агентством, в рамках которого производительность структурной батареи будет увеличена еще больше. Алюминиевая фольга будет заменена на углеродное волокно в качестве несущего материала положительного электрода, обеспечивающего как повышенную жесткость, так и плотность энергии. Стекловолоконный сепаратор будет заменен на ультратонкий вариант, что даст гораздо больший эффект, а также более быстрые циклы зарядки. Ожидается, что новый проект будет завершен в течение двух лет.

Лейф Асп, который также руководит этим проектом, считает, что такая батарея может достичь плотности энергии 75 Вт/кг и жесткости 75 ГПа. Это сделает батарею примерно такой же прочной, как алюминий, но со сравнительно небольшим весом.

"Структурная батарея нового поколения обладает фантастическим потенциалом". Если посмотреть на потребительские технологии, то в течение нескольких лет вполне возможно изготовить смартфоны, ноутбуки или электрические велосипеды, которые весят в два раза меньше, чем сегодня, и намного компактнее", - говорит Leif Asp.

А в долгосрочной перспективе вполне возможно, что электромобили, электрические самолеты и спутники будут сконструированы с использованием и питаться от структурных батарей".

"Мы действительно ограничены только нашим воображением". В связи с публикацией наших научных статей в этой области мы привлекли к себе большое внимание со стороны компаний разных типов. Понятно, что существует большой интерес к этим легким, многофункциональным материалам", - говорит Лейф Асп. опубликовано econet.ru по материалам techxplore.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet