Учените създадоха „безтегловна“ батерия – батерията ще стане част от рамката на устройството

Шведски изследователи са разработили композитна батерия от въглеродни влакна, която може да се използва за създаване на корпуси и рамки за устройства. Батерията всъщност няма да има отделно тегло.

Изследователи от Технологичния университет Чалмърс, Швеция, успяха да създадат композитна батерия от въглеродни влакна, която е твърда като алуминий и достатъчно енергоемка за търговска употреба. Автомобили, самолети, кораби или компютри могат да бъдат изградени от този материал, който функционира и като батерия. Поради липсата на нужда от отделни батерии, теглото на устройствата ще бъде значително намалено.

Изчислено е, че материалът за батерията може да намали наполовина теглото на ноутбук или да направи мобилния телефон тънък като кредитна карта. Пробегът на електрическия автомобил с едно зареждане ще се увеличи със 70%.

Изследванията на структурни батерии продължават в университета от много години. Когато през 2018 г. професор Лейф Асп и колегите му публикуваха първите си резултати за това, как твърдите и здрави въглеродни влакна могат да съхраняват електрическа енергия химически, напредъкът привлече огромно внимание. Новината, че въглеродните влакна могат да работят като електроди в литиево-йонните батерии, се разпространи бързо. Изданието Physics World посочи това постижение като един от десетте най-големи пробива на годината.

Оттогава изследователският екип продължава да развива своята концепция за увеличаване както на твърдостта, така и на енергийната плътност. Предишният етап беше достигнат през 2021 г., когато енергийната плътност на батерията беше 24 Wh/kg, което означава приблизително 20% от капацитета на съпоставимата литиево-йонна батерия. В момента плътността е 30 Wh/kg. Въпреки че това все още е по-малко от съвременните батерии, новите имат напълно различни условия на работа. Когато батерията е част от конструкцията и може да бъде направена и от лек материал, общото тегло на автомобила е значително намалено. Тогава, за да управлявате например електрическа кола, не е необходима толкова много енергия.

Разработената концепция за батерия се основава на композитен материал и съдържа въглеродни влакна като положителни и отрицателни електроди, където положителният електрод е покрит с литиево-железен фосфат. Въглеродните влакна, използвани в електродния материал, са многофункционални. На анода той действа като арматура, а също и като електрически колектор и активен материал. На катода той действа като усилвател, токообменник и рамка за лития.

В една батерия литиевите йони се транспортират между клемите през полутвърд електролит, а не чрез течност, което е предизвикателство, когато става въпрос за производство на висока мощност. Това изисква допълнителни изследвания. Но подобна конструкция подобрява безопасността на батерията, като намалява риска от пожар.

„Инвестирането в леки и енергоефективни превозни средства е даденост, ако искаме да пестим енергия и да мислим за бъдещите поколения. Извършихме изчисления по електромобилите, които показаха, че тези превозни средства могат да са със 70% по-продължителен пробег от днес, ако имат конкурентни структурни батерии“ — казва ръководителят на изследването Лейф Асп, професор в катедрата по индустриални и материални науки в Чалмърси.

Що се отнася до превозните средства, има високи изисквания към конструкцията, която трябва да бъде достатъчно здрава, за да отговаря на стандартите за безопасност. Учените са увеличили твърдостта и еластичността на материала. Издържа на натоварване, както и алуминия, но с по-малко тегло. От самото начало целта е била да се постигне производителност, която да позволи комерсиализиране на технологията. Успоредно с продължаващите изследвания, връзките с пазара се укрепват. Въпреки това, има още много работа за вършене, преди батериите да направят скок от лабораторията към производството в голям мащаб.