Strukturelle kulfiberbatterier forventes at øge rækkevidden for elektriske køretøjer med 70 % i fremtiden.
Når biler, fly, skibe eller computere er fremstillet af et materiale, der både fungerer som batteri og bærende struktur, kan deres vægt og energiforbrug reduceres markant. Ifølge et papir offentliggjort den 10. i det seneste nummer afAvancerede materialer, har et forskerhold fra Chalmers Tekniske Universitet i Sverige gjort fremskridt inden for "masseløs energilagring" ved at udvikle et multifunktionelt kulfiber-strukturbatteri. Dette batteri kan reducere vægten af bærbare computere til det halve, gøre smartphones lige så tynde som kreditkort eller øge rækkevidden for elektriske køretøjer med 70 % på en enkelt opladning.
Chalmers University of Technology-forsker Rika Chaudhuri udtalte, at det strukturelle batteri, de udviklede, er lavet af kulfiberkompositmaterialer, som har en stivhed, der kan sammenlignes med aluminium, og en energitæthed, der er tilstrækkelig til kommercielle anvendelser. Et strukturelt batteri er et materiale, der både kan lagre energi og bære belastninger. At integrere batterimaterialer i selve konstruktionen af produkter betyder, at elektriske køretøjer, droner, håndholdte værktøjer, bærbare computere og smartphones kan opnå en lettere vægt.
I 2018 demonstrerede holdet for første gang, at kulfiber, som har høj stivhed og hårdhed, kemisk kan lagre elektrisk energi og fungere som en elektrode i lithium-ion-batterier. Denne forskning fik bred opmærksomhed og blev anerkendt afFysik verdensom et af de ti bedste gennembrud i det år.
Siden da har forskerholdet videreudviklet deres koncept, hvilket forbedrer batteriets stivhed og energitæthed. I 2021 øgede de energitætheden til 24 watt-timer pr. kilogram (Wh/kg), hvilket er omkring 20 % af kapaciteten af sammenlignelige lithium-ion-batterier. Nu har de hævet energitætheden til 30 Wh/kg. Selvom dette stadig er lavere end nuværende almindelige batterier, er virkningen væsentlig anderledes. Når batterier bliver en del af strukturen og kan fremstilles af letvægtsmaterialer, kan den samlede køretøjsvægt reduceres betydeligt. Som følge heraf vil energiforbruget til elbiler falde betydeligt.
Forskere udførte beregninger på elektriske køretøjer og fandt ud af, at hvis udstyret med det nye strukturelle batteri, kunne køreområdet øges med op til 70% sammenlignet med de nuværende niveauer. Stivheden af de strukturelle batterienheder er også væsentligt forbedret, hvor elasticitetsmodulet målt i gigapascal (GPa) er steget fra 25 til 70. Det betyder, at materialet kan bære belastninger som aluminium, men er lettere i vægt.
Forskerne udtalte, at fra et multifunktionsperspektiv er ydeevnen af det nye batteri dobbelt så stor som den forrige generation, hvilket gør det til det bedste batteri i verden til dato. Men før battericellerne kan gå fra små laboratorieproduktion til storskala fremstilling og anvendelse i teknologiske produkter eller køretøjer, mangler der stadig en betydelig mængde ingeniørarbejde.
