Юрай Прочазка Юрай Разходка
В бъдеще може да не са необходими големи и тежки батерии за захранване на електрически автомобили. Изследване на учени от Технологичния университет Чалмърс показа, че въглеродните влакна могат да действат като батерийни електроди и да съхраняват енергията директно. В същото време те могат да изпълняват функцията на самоносеща конструкция.
Батерии от корпус към тялото
Визията се фокусира върху превозни средства, при които голяма част от тялото или фюзелажа на автомобила са изградени от литиево-йонни акумулаторни конструкции. Многофункционалните въглеродни влакна биха функционирали едновременно в тях като батерийни електроди и носител.
Такъв многофункционален материал може да допринесе за значително намаляване на теглото на самолетите (или VTOL оборудването) и електрическите автомобили на бъдещето.
Настоящите изисквания за увеличаване на гамата от електрически автомобили, за да се съчетаят автомобили с двигател с вътрешно горене, водят до инсталирането на по-големи и по-мощни батерии. Това обаче също увеличава теглото им и увеличава изискванията за пространство. Въпреки факта, че много електрически автомобили имат батерия, разположена в шасито.
Екип от изследователи, ръководен от Лейф Асп, професор по материали и изчислителна механика в Технологичния университет Чалмърс, Швеция, изследва способността на въглеродните влакна да служат за множество цели, а не само като армировка в различни композитни материали. Например те могат да съхраняват енергия.
За тази цел изследователите потърсиха отговор на въпроса: „Би ли било възможно самото превозно средство да се превърне в батерия?“ Изглежда (поне на теория) да. Те проведоха проучване, доказващо, че телата от въглеродни влакна могат да служат като електроди за батерии.
Бърза загуба на тегло
Проблемът обаче е компромисът между механичната якост и твърдост на влакната и техните електрически свойства. Въглеродните влакна, които сега се използват в композити и върху каросериите на електрически автомобили или скъпи спортни автомобили, са неподходящи за електродите на батериите поради техните електрохимични свойства. Те обаче са малко повече от 2 пъти по-здрави от стоманата.
За разлика от това, въглеродните материали, използвани като електроди в настоящите батерии, имат незадоволителна якост за използване в опорни конструкции. Изследователският екип публикува проучване за това как микроструктурата на въглеродните влакна влияе върху техните електрохимични свойства, така че те да могат да работят като електроди в литиево-йонна батерия.
Изследвайки микроструктурата на различни търговски въглеродни влакна, изследователите установили, че въглеродните влакна с малки и лошо ориентирани кристали имат добри електрохимични свойства, но относително по-ниска якост.
За разлика от това, въглеродните влакна с големи и силно ориентирани кристали имат по-висока якост, но техните електрохимични свойства не са подходящи за използване в структурни батерии. Въз основа на констатациите учените вече могат да проектират многофункционални въглеродни влакна с висок енергиен капацитет, които също са достатъчно здрави, каза проф. Asp.
Такива влакна са „само“ малко по-здрави от стоманата, но това не е проблем за автомобилите. Ако тялото на електрическия автомобил бъде сменено с батерия, теглото му може да бъде намалено до половината, според учени от TU в Чалмърс.
Слабостта може да бъде предимство?
Професор Асп също твърди, че макар структурните батерии да не са толкова ефективни като традиционните батерии (по отношение на енергийната плътност), те ще донесат и други ползи.
Тъй като те ще се самоиздържат, те ще направят възможно постигането на интересни предимства на системно ниво. По-ниската енергийна плътност може дори да е предимство, тъй като те биха били по-безопасни в сравнение с традиционните литиево-йонни батерии.
Във всеки случай ще изчакаме известно време за електрически автомобили и самолети с корпус на батерията, но от гледна точка на дизайнерите и разработчиците, това е интересна идея.