باتری ساختاری فیبر کربنی چند منظوره با موفقیت توسعه یافت! انتظار می رود برد خودروهای الکتریکی تا 70 درصد افزایش یابد.

انتظار می رود باتری های فیبر کربنی مانند باتری های آلومینیومی انرژی را ذخیره کرده و بارها را تحمل کنند.

در واقع، فیبر کربن به دلیل سبکی باورنکردنی، استحکام بالا و استحکام بالا مشهور است، که آن را به انتخابی محبوب در مواد ساختاری و زیبایی شناختی خودروهای با کارایی بالا تبدیل می‌کند. علیرغم هزینه بالای آن، در کاربردهای هوافضا نیز یک ماده حیاتی است که هر گرم آن اهمیت دارد. با این حال، اگر با مهندسی الکتروشیمی برای این منظور طراحی شود، می تواند به عنوان یک ماده الکترود موثر نیز عمل کند. به رهبری پروفسور لیف آسپ، تیم Chalmers سال‌ها در این زمینه تحقیق کرده و مطالعه‌ای را در سال 2018 منتشر کرد که برای اولین بار این ویژگی الیاف کربن را با آرایش کریستالی خاص نشان داد.

محققان Xia Zhenyuan، Ricardo Chaudhry و پروفسور Leif Asp سال‌هاست که مفهوم ذخیره‌سازی انرژی بدون جرم را مطالعه کرده‌اند.

چگالی انرژی طراحی جدید باتری 30 وات ساعت بر کیلوگرم است که بر اساس استانداردهای خودرویی، چندان زیاد نیست. برای مرجع، چگالی انرژی نامی بسته باتری 53 کیلووات ساعتی هیوندای Ioniq 6 برابر با 153 Wh/kg (PDF) است. با این حال، این رقم فقط چگالی انرژی بسته باتری موجود در یک جعبه را نشان می دهد. برای مقایسه منصفانه، وزن کل ساختار خودرو نیز باید در نظر گرفته شود. طراحی این باتری ساختاری فیبر کربنی با هدف جایگزینی کل شاسی، کاهش وزن کلی خودرو و در عین حال آزاد کردن فضا است.

سازندگان وسایل نقلیه و تجهیزات الکتریکی می توانند از این معادله جدید برای کاهش قابل توجه وزن محصول یا استفاده از فضای آزاد شده برای اضافه کردن باتری های بیشتر استفاده کنند و در نتیجه ظرفیت ذخیره سازی انرژی را افزایش دهند.

این نتایج می تواند در عمل انقلابی باشد. Asp اظهار داشت: "ما محاسباتی را روی خودروهای الکتریکی انجام دادیم و نتایج نشان می‌دهد که اگر خودروهای الکتریکی از باتری‌های ساختاری رقابتی استفاده کنند، زمان رانندگی آنها می‌تواند تا 70 درصد در مقایسه با مدل‌های فعلی افزایش یابد."

سختی آخرین نمونه اولیه این تیم تقریباً سه برابر تکرارهای قبلی است و مدول الاستیک از 25 گیگا پاسکال به 70 گیگا پاسکال افزایش یافته است. این تیم ادعا می کند که سختی و ظرفیت تحمل بار آن اکنون با آلومینیوم قابل مقایسه است، اما بسیار سبک تر است.

این طراحی باتری از فیبر کربن در آند و کاتد استفاده می کند که همچنین برای تقویت و هدایت الکتریسیته عمل می کند. در نتیجه، نیازی به مواد سنگین مانند مس برای ایجاد کلکتورهای جریان نیست و همچنین نیازی به استفاده از فلزات متعارض مانند کبالت در طراحی الکترود وجود ندارد.

این طراحی باتری از مواد فیبر کربنی برای آند و کاتد استفاده می کند.

علاوه بر این، این باتری به جای الکترولیت مایع از یک الکترولیت نیمه جامد برای تسهیل حرکت یون های لیتیوم بین پایانه ها استفاده می کند. در نتیجه، استفاده از آن کمتر قابل اشتعال و ایمن‌تر است، اگرچه تیم تحقیقاتی اذعان می‌کند که هنوز چالش‌هایی در اجازه دادن به یون‌ها برای عبور سریع از الکترولیت برای برآورده کردن نیازهای کاربردهای پرقدرت وجود دارد. تحقیقات بیشتری در این زمینه مورد نیاز است.

در واقع، این فقط یک نمونه اولیه باتری آزمایشگاهی دیگر است، بنابراین ساخت این وسایل نقلیه و دستگاه های الکتریکی نسل بعدی چندین سال دیگر طول خواهد کشید. با این حال، تولید و تجاری سازی در مقیاس بزرگ در حال حاضر در حال انجام است. در اوایل سال 2022، این دانشگاه با شرکت سرمایه گذاری خطرپذیر Chalmers Ventures در گوتنبرگ برای تأسیس یک شرکت جدید به نام Sinonus شریک شد. این شرکت در ژوئن سال جاری یک مدیر عامل جدید را منصوب کرد تا تجاری سازی ذخیره سازی انرژی بدون جرم را هدایت کند، که می تواند نحوه تولید خودروها، ابزارها و حتی پره های توربین بادی را تغییر دهد.

Asp اظهار داشت: "ما می‌توانیم تلفن‌های همراهی را تصور کنیم که به نازکی یک کارت اعتباری یا لپ‌تاپ‌هایی که تنها نیمی از وزنی که اکنون انجام می‌دهند، از نظر جدول زمانی نزدیک‌ترین هستند. قطعاتی مانند الکترونیک در ماشین‌ها یا هواپیماها نیز می‌توانند با ساختاری تامین شوند. این امر نیازمند سرمایه گذاری قابل توجهی برای پاسخگویی به نیازهای چالش برانگیز انرژی در صنعت حمل و نقل است، اما اینجاست که این فناوری می تواند بیشترین تأثیر را داشته باشد.