Шведски учени са създали структурна батерия, която увеличава пробега на електромобил със 70%

Батерия, разработена от учени от Технологичния университет „Чалмърс“ (CTH) в Швеция може да увеличи пробега на електрическите превозни средства със 70% и да проправи пътя за мобилни устройства, по-тънки от банкова карта.

Технологията е уникална с използването на въглеродни влакна като електроди, което елиминира масово използваните метали като мед и алуминий. Това може да се окаже решаващ фактор за преодоляване на основната пречка пред широкомащабната електрификация на транспорта – ограниченият пробег.

Въпреки нарастващата популярност на електрическите превозни средства, преходът към напълно електрифициран транспорт, независещ от изкопаеми горива остава предизвикателство с много неизвестни. Този проблем е особено валиден за морския и въздушния транспорт на дълги разстояния, който изисква енергоемки, но леки горива, които могат да осигурят необходимите енергийни резерви. Конвенционалните акумулатори, макар и по-екологични, далеч отстъпват на изкопаемите горива по отношение на енергията и теглото.

Структурните батерии предлагат елегантно решение на този многостранен проблем, благодарение на способността си да изпълняват носеща функция в структурата на устройството, превръщайки го от „мъртво тегло“ във функционален елемент. За превозните средства това означава не само намаляване на общото тегло, но също така и намаляване на потреблението на енергия, което има пряко въздействие върху увеличаването на пробега.

Изследователският екип, ръководен от Лейф Асп, професор по материалознание и изчислителна механика в CTH потвърди, че въглеродните влакна могат да съхраняват електрическа енергия и да се използват като електроди в литиево-йонни батерии.

До 2021 година екипът от учени е увеличил дълготрайността и електрическия капацитет на батерията от 24Wh/kg до 30Wh/kg.

Въпреки, че тези стойности все още отстъпват на стандартните литиево-йонни батерии, важно е да се отбележи, че за да бъдат ефективни, структурните батерии не е задължително да постигат същите високи стойности на капацитета. Основното им предимство се състои в тяхната гъвкавост и способност да бъдат интегрирани в дизайна на дадено устройство, като се постига значително намаляване на общото тегло и енергийната ефективност.

„Изчисленията ни показват, че електрическите превозни средства биха могли да изминат до 70% повече, отколкото днес, ако бъдат оборудвани с конкурентни структурни батерии.“

се казва в изявление на Асп

Структурната батерия, разработена в CTH е изработена от композитен материал и използва въглеродни влакна за положителните и отрицателните електроди. В предишните версии на батерията сърцевината на положителния електрод е била изработена от алуминиево фолио.

В новата версия изследователите са предприели иновативен подход и са покрили въглеродните влакна с литиево-железен фосфат (LFP), което значително е подобрило ефективността и издръжливостта на батерията. Въглеродните влакна в този проект служат не само като електрод, но и като укрепващ елемент, токоприемник и основа за натрупване на литий в катода, като същевременно действат като електрически колектор и активен материал в анода. Това дава възможност за създаване на батерия, без да се използват традиционни материали като мед или алуминий.

Изследователите са успели също така да увеличат твърдостта на батерията, което ѝ позволява да издържа на натоварвания, сравними с тези на алуминия, но при значително по-ниско тегло.

„Можем да си представим, че много скоро ще се предлагат мобилни телефони с дебелина колкото кредитна карта или лаптопи с тегло наполовина по-малко от сегашните. Ще са необходими големи инвестиции, за да се посрещнат сложните енергийни нужди на транспортната индустрия, но именно тук тази технология може да има най-значително въздействие.“

каза Асп

Друг иновативен аспект на разработката е, че литиевите йони в батерията се движат през полутвърд електролит, което значително намалява риска от пожар – изключително важно предимство за безопасността, особено в превозните средства. Към момента обаче батерията не може да осигури висока мощност и тази област се е превърнала в един от приоритетите на екипа от учени.