Pozrite si
Na napájanie elektromobilov možno v budúcnosti nebudú potrebné veľké a ťažké batérie. Štúdia vedcov z Chalmers University of Technology ukázala, že uhlíkové vlákna môžu fungovať ako elektródy batérií a priamo ukladať energiu. A súčasne dokážu plniť funkciu samonosnej konštrukcie.
Batérie z podvozku do karosérie
Vízia sa zameriava na vozidlá, kde veľkú časť karosérie auta, alebo trupu lietadla tvoria štruktúry lítium-iónových batérií. Viacúčelové uhlíkové vlákna by v nich fungovali súčasne ako elektródy batérie a nosný materiál.
Takýto multifunkčný materiál môže prispieť k významnému zníženiu hmotnosti lietadiel (prípadne VTOL prostriedkov) a elektromobilov budúcnosti.
Aktuálne požiadavky na zvyšovanie dojazdu elektromobilov tak, aby sa vyrovnali autám so spaľovacím motorom, vedú k inštalácii väčších a výkonnejších batérií. Tým sa však zvyšuje aj ich hmotnosť a rastú aj priestorové nároky. Napriek tom, že mnohé elektromobily majú batériu umiestnenú v podvozku.
Tím výskumníkov pod vedením profesora materiálovej a výpočtovej mechaniky Leifa Aspa z Technickej univerzity vo švédskom Chalmers, skúma schopnosti uhlíkových vlákien splniť viacero účelov, nielen pôsobiť ako výstuž v rôznych kompozitných materiáloch. Môžu napríklad ukladať energiu.
Za týmto účelom hľadali výskumníci odpoveď na otázku: „Bolo by možné zmeniť na batériu samotné vozidlo?“ Zdá sa, že (aspoň teoreticky) áno. Uskutočnili štúdiu, ktorá dokazuje, že karosérie z uhlíkových vlákien by mohli slúžiť ako elektródy batérie.
Razantné zníženie hmotnosti
Problémom je však kompromis medzi mechanickou pevnosťou a tuhosťou vlákien a ich elektrickými vlastnosťami. Uhlíkové vlákna, ktoré sa dnes už používajú v kompozitoch aj na karosérie elektromobilov, alebo drahých športiakov, sú kvôli elektrochemickým vlastnostiam nevhodné na elektródy batérií. Sú však o čosi viac ako 2x pevnejšie ako oceľ.
Naopak, uhlíkové materiály požívané ako elektródy v súčasných batériách, majú nevyhovujúcu pevnosť pre použitie v nosných konštrukciách. Výskumný tým zverejnil štúdiu o tom, ako mikroštruktúra uhlíkových vlákien ovplyvňuje ich elektrochemické vlastnosti tak, aby mohli pracovať ako elektródy v lítium-iónovej batérii.
Pri skúmaní mikroštruktúry rôznych komerčne dostupných uhlíkových vlákien vedci zistili, že uhlíkové vlákna s malými a slabo orientovanými kryštálmi majú dobré elektrochemické vlastnosti, ale relatívne nižšiu pevnosť.
Naopak, uhlíkové vlákna s veľkými a silne orientovanými kryštálmi majú väčšiu pevnosť, ale ich elektrochemické vlastnosti nevyhovujú na použitie v konštrukčných batériách. Na základe poznatkov sú teraz vedci schopní navrhnúť multifunkčné uhlíkové vlákna s vysokou energetickou kapacitou, ktoré sú zároveň dostatočne pevné, uviedol Prof. Asp.
Takéto vlákna sú síce „len“ o niečo pevnejšie ako oceľ, ale pre potreby automobilov to nepredstavuje problém. Ak by sa karoséria elektromobilu zmenila na batériu, mohla by sa jeho hmotnosť znížiť podľa vedcov z TU v Chalmers až o polovicu.
Môže byť slabosť výhodou?
Profesor Asp tiež argumentuje, že hoci štruktúrne batérie nebudú rovnako efektívne ako tradičné batérie (z hľadiska energetickej hustoty), prinesú iné benefity.
Vzhľadom na to, že budú samonosné, umožnia dosiahnuť zaujímavé výhody na systémovej úrovni. Nižšia energetická hustota môže byť dokonca ich výhodou, pretože by boli oproti tradičným Li-ion batériám bezpečnejšie.
Na elektromobily a lietadlá s karosériou z batérií si v každom prípade ešte chvíľu počkáme, ale z pohľadu konštruktérov a vývojárov ide o zaujímavý nápad.