Шведські дослідники розробили акумулятор з композитного вуглецевого волокна, який можна використовувати для створення корпусів та каркасів приладів. Батарея фактично не матиме окремої ваги.
Дослідникам з Технологічного університету Чалмерса, Швеція, вдалося створити батарею з композитного вуглецевого волокна, яка така ж жорстка, як алюміній, і достатньо енергомістка для комерційного використання. Автомобілі, літаки, кораблі або комп’ютери можливо будувати з матеріалу, який одночасно працює як акумулятор. Через відсутність необхідності в окремих акумуляторах вага пристроїв відчутно зменшиться.
За приблизними оцінками, матеріал-акумулятор може удвічі зменшити вагу ноутбука або зробити мобільний телефон таким же тонким, як кредитна картка. Запас ходу електромобіля на одній зарядці зросте на 70%.
Дослідження структурних батарей тривають в університеті багато років. Коли у 2018 році професор Лейф Асп та його колеги опублікували свої перші результати щодо того, як жорсткі, міцні вуглецеві волокна можуть зберігати електричну енергію хімічним шляхом, цей прогрес привернув величезну увагу. Новина про те, що вуглецеве волокно може працювати як електроди в літій-іонних батареях, стрімко поширилася. Видання Physics World віднесло це досягнення до десяти найбільших проривів року.
Відтоді дослідницька група продовжила розвиток своєї концепції підвищення як жорсткості, так і щільності енергії. Попередня віха була досягнута у 2021 році, коли щільність енергії акумулятора становила 24 Вт·год/кг, що означає приблизно 20% місткості порівнянної літій-іонної батареї. Тепер щільність становить 30 Вт·год/кг. Хоча це все ще менше, ніж у сучасних акумуляторів, в нових зовсім інші умови роботи. Коли батарея є частиною конструкції, а також може бути виготовлена з легкого матеріалу, загальна вага автомобіля значно зменшується. Тоді для роботи, наприклад електромобіля, потрібно не так багато енергії.
Розроблена концепція батареї базується на композитному матеріалі та містить вуглецеве волокно як позитивний та негативний електроди, де позитивний електрод покритий фосфатом літію та заліза. Вуглецеве волокно, яке використовується в матеріалі електродів, є багатофункціональним. В аноді воно діє як арматура, а також як електричний колектор та активний матеріал. У катоді воно діє як підсилювач, струмознімач та каркас для літію.
В батареї іони літію транспортуються між клемами через напівтвердий електроліт, а не рідкий, що є складним завданням, коли йдеться про отримання високої потужності. Для цього потрібні додаткові дослідження. Але така конструкція сприяє підвищенню безпеки батареї завдяки зниженню ризику пожежі.
«Інвестиції в легкі та енергоефективні транспортні засоби є само собою зрозумілою справою, якщо ми хочемо економити на енергії та думати про майбутні покоління. Ми провели розрахунки щодо електромобілів, які показали, що вони могли б їздити на 70% довше, ніж сьогодні, якби вони мали конкурентоспроможні структурні батареї», — каже керівник дослідження Лейф Асп, професор кафедри промисловості та матеріалознавства в Чалмерсі.
Що стосується транспортних засобів, існують високі вимоги до конструкції, яка повинна бути достатньо міцною, щоб відповідати нормам безпеки. Вчені підвищили жорсткість та пружність матеріалу. Він може витримувати навантаження так само добре, як і алюміній, але за меншої ваги. З самого початку метою було досягти продуктивності, яка дозволила б комерціалізувати технологію. Паралельно з дослідженням, що продовжується, зміцнюються зв’язки з ринком. Однак попереду ще багато роботи, перш ніж батареї зроблять крок від лабораторії до виробництва у великих масштабах.
Гігантська «піщана батарея» може на тиждень забезпечити теплом ціле місто у Фінляндії
Джерело: SciTechDaily