Бъдещето: Структурни батерии ще представляват част от конструкцията на продуктите Заглавно изображение

Бъдещето: Структурни батерии ще представляват част от конструкцията на продуктите

Учени от Chalmers University of Technology са създали структурни батерии, които съдържат въглеродни влакна. Те служат едновременно за електрод, проводник и носещ материал. Последният им пробив в проучванията проправя пътя за „безтегловно“ съхранение на енергия в превозни средства и други технологии.

Батериите в електрически автомобили съставляват голяма част от теглото на превозните средства, без да изпълняват някаква носеща функция. Структурни батерии са такива батерии, които освен източник на захранване са и част от конструкцията на превозното средство. Това се нарича „безтегловно“ съхранение на енергия, тъй като по същество теглото на батерията изчезва, когато стане част от носещата конструкция. Изчисленията показват, че този тип многофункционални батерии биха могли значително да намалят теглото на едно електрическо превозно средство.

Създаването на структурни батерии започва още през 2007 година

Разработването на структурни батерии в Технологичния университет Chalmers е започнало преди години. В хода на разработката са открити различни видове въглеродни влакна. Освен че са твърди и здрави, те имат и добра способност химически да съхраняват електроенергия. Тази научна работа е посочена от Physics World като едно от десетте най-големи научни постижения за 2018 г.

Първият опит за създаване на структурна батерия е направен още през 2007 г. Оттогава насам учените се уверяват в трудността да произведат батерии както с добри електрически, така и с добри механични свойства.

Наскоро обаче изследователи от Chalmers в сътрудничество с KTH Royal Institute of Technology в Стокхолм се увенчават с успех. Те представят структурна батерия със свойства, които далеч надхвърлят съхранението на електрическа енергия, твърдостта и здравината на досегашните структурни батерии. Нейната многофункционална производителност е десет пъти по-висока от предишните структурни прототипи на батерии.

Структурни батерии Изображение
Доктор Johanna Xu показва на Leif Asp новоизработена структурна клетка в композитната лаборатория на Chalmers

Батерията има енергийна плътност от 24 Wh/kg, което е приблизително едва 20% от капацитета на наличните в момента литиево-йонни батерии. Но тъй като идеята на структурните батерии е да представляват част от корпуса на превозното средство, те елиминират нуждата от поставяне на конвенционални батерии. Така теглото на превозните средства може да бъде значително намалено. От там следва, че ще е необходима по-малко енергия за движение на превозното средство. Със своята твърдост от 25 GPa, структурната батерия може да се конкурира с много други често използвани строителни материали.

Супер леки електрически велосипеди и потребителската електроника

Новата батерия има отрицателен електрод, изработен от въглеродни влакна и положителен електрод, изработен от алуминиево фолио, покрито с литиев железен фосфат. Те са разделени от фибростъкло в електролитна матрица. Изследователите са избрали тези материали, за да проучат ползите от архитектурата на материала и дебелината на сепаратора.

В момента е в ход нов проект, финансиран от Шведската национална космическа агенция, при който производителността на структурната батерия ще бъде допълнително увеличена. Алуминиевото фолио ще бъде заменено с въглеродни влакна като носещ материал в положителния електрод. Така ще се осигури повишена твърдост и енергийна плътност. Сепараторът от фибростъкло ще бъде заменен с много по-ефективен ултратънък вариант, който ще позволи по-бързи цикли на зареждане. Очаква се новият проект да бъде завършен до две години.

Leif Asp, който също ръководи този проект, смята, че бъдещата батерия може да достигне енергийна плътност от 75 Wh/kg и твърдост от 75 GPa. Това би направило батерията здрава приблизително колкото алуминия, но с много по-ниско тегло.

„Следващото поколение структурна батерия има фантастичен потенциал. Ако разгледате потребителските технологии, би било напълно възможно в рамките на няколко години да се произвеждат смартфони, лаптопи или електрически велосипеди, които тежат наполовина по-малко от днешните и са много по-компактни “,

отбелязва Leif Asp.

И в дългосрочен план е абсолютно възможно електрическите автомобили, електрическите самолети и сателитите да бъдат проектирани и захранвани от структурни батерии.

Финансирането на разработката идва от изследователската програма на Европейската комисия Clean Sky II, както и от американските военновъздушни сили.

Тези структурни батерии безспорно са впечатляващи, но никъде не попаднахме на информация за приблизителната им цена. Все пак те съдържат карбон, който никак не е евтин. В този ред на мисли не е ясно колко ще бъдат достъпни за масовия потребител. Наскоро наши учени в БАН пък създадоха изключително евтина батерия. Само преди 2 месеца учени във Флорида направиха водна батерия с морска вода, която се оказва по-безопасна и по-евтина от Li-Ion. Да видим дали някоя от тези разработки скоро ще се озове в търговския оборот.

Ако желаете да коментираме темата, заповядайте в нашата Facebook група „Технологичното общество на България„.

Коментирайте чрез Facebook

Мнения, критики, неточности - пишете ни, не ни жалете!

За Атанас Георгиев

Обичам да следя новостите в областта на биологията, Космоса и технологиите. Това ми дава възможност да ги споделя с Вас, читателите на Technology.bg