Pozrite si
Vedci zo švédskych technických univerzít Chalmers University of Technology a KTH Royal Institute of Technology roky pracovali na vývoji batérie využiteľnej ako konštrukčný komponent, čo by ušetrilo hmotnosť pri konštrukcii vozidiel. Tento výskum teraz priniesol ovocie.
Základom riešenia sú uhlíkové vlákna, vďaka svojim vynikajúcim mechanickým vlastnostiam a zároveň schopnosti pôsobiť ako elektródový materiál. Túto prácu označil Physics World za jeden z desiatich najväčších vedeckých prielomov v roku 2018.
Ťažké batérie sú obmedzujúcim prvkom v elektromobiloch, kde limitujú ich dojazd, a ešte väčšie problémy spôsobujú v elektrických lietadlách.
Vedci z Chalmers University of Technology skúmajú zaujímavú alternatívu k týmto konvenčným riešeniam skladovania energie. Hovoria o zásadnom prielome v podobe novej „nehmotnej“ batérie, ktorá by mohla fungovať súčasne ako zdroj energie aj konštrukčná súčasť vozidla.
V rámci úsilia pretransformovať výskum z roku 2018 do reálnej aplikácie vyvinuli vedci štrukturálnu batériu na báze uhlíkových vlákien, ktorá je podľa nich 10-krát lepšia ako ktorákoľvek predchádzajúca verzia.
Novo vyvinuté „nehmotné“ batérie majú hustotu energie 24 Wh/kg, čo podľa tímu predstavuje asi 20 percent kapacity dnešných lítium-iónových batérií. Poznamenajme, že ide o značne prehnaný údaj. Energetická hustota sa v prípade bežných Li-ion batérií pohybuje na úrovni 170 až 225 Wh/kg, ale napríklad batérie Li-metal dosahujú až 350 Wh/kg, takže 24 Wh/kg je výrazne menej, ako 20%.
Napriek tomu by takéto „nehmotné“ batérie stratené v konštrukcii „cell-to-car“ priniesli úsporu hmotnosti, keďže akoby z priestorového hľadiska neexistovali. Ako úložisko energie by jednoducho slúžila samotná konštrukcia vozidla.
Batérie sa skladajú zo zápornej elektródy vyrobenej z uhlíkových vlákien a kladnej elektródy z hliníkovej fólie potiahnutej lítium–železo–fosfátom (LFP). Separátorom je tkanina zo sklenených vlákien, ktorá slúži ako štruktúrna elektrolytická matrica. Tak ako v konvenčných batériách prenáša ióny lítia medzi elektródami, ale pomáha tiež šíriť mechanické zaťaženie do rôznych častí konštrukcie.
Nízku energetickú hustotu novej technológie do istej miery kompenzuje zníženie hmotnosti vozidla. Vďaka tomu by napríklad elektromobil na pohon potreboval menej energie. Pokiaľ ide o jeho mechanické vlastnosti, tím tvrdí, že materiál s tuhosťou 25 GPa môže konkurovať iným bežným konštrukčným materiálom.
Vedci v ďalšej fáze výskumu nahradia hliník v kladnej elektróde uhlíkovými vláknami kvôli ďalšiemu zvýšeniu energie a mechanického výkonu. Použitie tenšej tkaniny zo sklenených vlákien podporí rýchlejšie nabíjanie.
Leif Asp z výskumného tímu tvrdí, že táto batéria môže ponúknuť hustotu energie až 75 Wh/kg a tuhosť 75 GPa. Pevnosťou sa tak vyrovná hliníku, ale bude oveľa ľahšia. Otvoria sa tak nové možnosti nielen pre elektromobily, ale aj pre elektrické bicykle a motocykle a zrejme aj pre niektoré produkty spotrebnej elektroniky.