Veiksmīgi izstrādāts daudzfunkcionāls oglekļa šķiedras strukturālais akumulators! Paredzams, ka elektrisko transportlīdzekļu diapazons palielināsies par 70%.
Ja automašīnas, lidmašīnas, kuģi vai datori ir izgatavoti no materiāla, kas var kalpot gan kā akumulators, gan kā nesošā konstrukcija, to svars un enerģijas patēriņš ievērojami samazināsies. Saskaņā ar dokumentu, kas publicēts 10. gada jaunākajā numurāUzlaboti materiāli, pētnieku komanda no Čalmersas Tehnoloģiju universitātes Zviedrijā ir panākusi progresu "bezmasas enerģijas uzkrāšanā" un izstrādājusi daudzfunkcionālu oglekļa šķiedras strukturālu akumulatoru. Šis akumulators varētu uz pusi samazināt klēpjdatoru svaru, padarīt viedtālruņus tikpat plānus kā kredītkartes vai palielināt elektrisko transportlīdzekļu diapazonu par 70% ar vienu uzlādi.
Rikardo Čaudrijs, Čalmersas Tehnoloģiju universitātes pētnieks, paziņoja, ka viņu izstrādātais strukturālais akumulators ir izgatavots no oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem, kura stingrība ir salīdzināma ar alumīniju, un enerģijas blīvums ir pietiekams komerciālai lietošanai. Konstrukcijas akumulators ir materiāls, kas var gan uzglabāt enerģiju, gan izturēt slodzi. Akumulatoru materiālu padarīšana par produkta faktiskās struktūras neatņemamu sastāvdaļu nozīmē, ka tādi produkti kā elektriskie transportlīdzekļi, droni, rokas instrumenti, klēpjdatori un viedtālruņi var samazināt svaru.
Elektriskie transportlīdzekļi lielos attālumos ir lielā mērā atkarīgi no lieliem litija jonu akumulatoriem. Čalmersas Tehnoloģiju universitātes pētnieki vēlējās noskaidrot, vai viņi varētu izveidot akumulatoru, kas kalpo kā nesošs materiāls, kas notur transportlīdzekli kopā, vienlaikus samazinot svaru. Kā daļu no "bezmasas enerģijas uzglabāšanas" projekta Zviedrijas pētnieku komanda izstrādāja akumulatoru, kas izgatavots no oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem. Šī akumulatora cietība ir līdzīga alumīnijam, un tā var uzglabāt ievērojamu enerģijas daudzumu, padarot to piemērotu komerciālai lietošanai
Paredzams, ka oglekļa šķiedras baterijas uzglabās enerģiju un atbalstīs slodzi līdzīgi kā alumīnija akumulatori.
Patiešām, oglekļa šķiedra ir slavena ar savu neticami vieglo, lielo izturību un augstu stingrību, padarot to par populāru augstas veiktspējas transportlīdzekļu strukturālo un estētisko materiālu izvēli. Neskatoties uz augstajām izmaksām, tas ir arī būtisks materiāls kosmosa lietojumos, kur katrs grams ir svarīgs. Tomēr, ja šim nolūkam ir izmantota elektroķīmiskā inženierija, tas var kalpot arī kā efektīvs elektrodu materiāls. Profesora Leifa Asp vadībā Chalmers komanda ir pētījusi šo jomu daudzus gadus un 2018. gadā publicēja pētījumu, kurā pirmo reizi tika demonstrēta šī oglekļa šķiedru īpašība ar īpašu kristālu izkārtojumu.
Pētnieki Xia Zhenyuan, Ricardo Chaudhry un profesors Leifs Asp daudzus gadus ir pētījuši bezmasas enerģijas uzkrāšanas koncepciju.
Jaunā akumulatora dizaina enerģijas blīvums ir 30 Wh/kg, kas pēc automobiļu standartiem nav īpaši augsts. Uzziņai: Hyundai Ioniq 6 53 kWh akumulatora bloka nominālais enerģijas blīvums ir 153 Wh/kg (PDF). Tomēr šis skaitlis atspoguļo tikai kastē ievietotā akumulatora bloka enerģijas blīvumu; godīgam salīdzinājumam jāņem vērā arī visas transportlīdzekļa konstrukcijas svars. Šīs oglekļa šķiedras konstrukcijas akumulatora konstrukcijas mērķis ir nomainīt visu šasiju, samazinot kopējo transportlīdzekļa svaru, vienlaikus atbrīvojot vietu.
Elektrisko transportlīdzekļu un aprīkojuma ražotāji var izmantot šo jauno vienādojumu, lai vai nu ievērojami samazinātu produkta svaru, vai izmantotu atbrīvoto vietu, lai pievienotu vairāk akumulatoru, tādējādi uzlabojot kopējo enerģijas uzglabāšanas jaudu.
Šie rezultāti praksē varētu būt revolucionāri. Asp norādīja: "Mēs veicām elektrisko transportlīdzekļu aprēķinus, un rezultāti liecina, ka, ja elektriskie transportlīdzekļi pieņemtu konkurētspējīgus strukturālos akumulatorus, to braukšanas laiks varētu tikt pagarināts par 70% salīdzinājumā ar pašreizējiem modeļiem."
Komandas jaunākā prototipa cietība ir gandrīz trīs reizes lielāka par iepriekšējām iterācijām, elastības modulim palielinoties no 25 GPa līdz 70 GPa. Komanda apgalvo, ka tā cietība un nestspēja tagad ir salīdzināma ar alumīniju, taču tas ir daudz vieglāks.
Šis akumulatora dizains izmanto oglekļa šķiedru gan anodā, gan katodā, kas arī kalpo, lai pastiprinātu un vadītu elektrību. Tā rezultātā nav nepieciešami smagi materiāli, piemēram, varš, lai izveidotu strāvas kolektorus, kā arī elektrodu konstrukcijā nav jāizmanto konfliktu metāli, piemēram, kobalts.
Šajā akumulatora dizainā tiek izmantoti oglekļa šķiedras materiāli gan anodam, gan katodam.
Turklāt šajā akumulatorā šķidrā elektrolīta vietā tiek izmantots pusciets elektrolīts, lai atvieglotu litija jonu kustību starp spailēm. Rezultātā tas ir mazāk uzliesmojošs un drošāks lietošanā, lai gan pētnieku grupa atzīst, ka joprojām pastāv problēmas, kas ļauj joniem ātri iziet cauri elektrolītam, lai apmierinātu lieljaudas lietojumu prasības. Šajā jomā ir nepieciešams vairāk pētījumu.
Patiešām, šis ir tikai vēl viens laboratorijas prototipa akumulators, tāpēc šo nākamās paaudzes elektrisko transportlīdzekļu un ierīču izstrādei būs nepieciešami vēl vairāki gadi. Taču liela mēroga ražošana un komercializācija jau notiek. Jau 2022. gadā universitāte sadarbojās ar riska kapitāla uzņēmumu Chalmers Ventures Gēteborgā, lai izveidotu jaunu uzņēmumu ar nosaukumu Sinonus. Šis uzņēmums šā gada jūnijā iecēla jaunu izpilddirektoru, lai virzītu bezmasas enerģijas uzglabāšanas komercializāciju, kas varētu mainīt veidu, kā mēs ražojam automašīnas, sīkrīkus un pat vēja turbīnu lāpstiņas.
Asp teica: "Mēs varam iedomāties mobilos tālruņus, kas ir tikpat plāni kā kredītkarte, vai klēpjdatorus, kas sver tikai pusi no tā, ko tie pašlaik dara, laika skalas ziņā vistuvāk. Tādas sastāvdaļas kā automašīnu vai lidmašīnu elektronika varētu darbināt arī ar strukturālām ierīcēm. Tas prasīs ievērojamus ieguldījumus, lai apmierinātu transporta nozares sarežģītās enerģijas prasības, taču tieši šeit tehnoloģijai var būt vislielākā ietekme.
