|
查尔姆斯理工大学（Chalmers University of Technology）的研究人员成功地制造出了一种由碳纤维复合材料制成的电池，这种电池与铝一样坚硬，能量密度足够高，可以用于商业用途。当汽车、飞机、轮船或计算机由兼具电池和承重结构功能的材料制造时，重量和能源消耗就会大大减少。
世界上最强大的电池
使用同时用作电池和结构部件的材料制造车辆或电子产品可以显著减轻重量和能耗。瑞典查尔姆斯理工大学的一个研究小组在无质量储能方面取得了重大进展。他们新开发的结构电池有可能将笔记本电脑等设备的重量减半，使手机像信用卡一样薄，并在一次充电后将电动汽车的续航里程延长70%。
查尔姆斯的研究员、《先进材料》上发表的一篇科学文章的主要作者Richa Chaudhary解释说：“我们成功地制造了一种由碳纤维复合材料制成的电池，其硬度与铝一样高，能量密度足以用于商业用途。就像人体骨骼一样，这种电池同时具有多种功能。”
查尔姆斯大学对结构电池的研究已经持续了几年，还与斯德哥尔摩KTH皇家理工学院的研究人员合作。这一突破发生在2018年，当时Leif Asp教授和他的同事们展示了坚硬、坚固的碳纤维如何通过化学方式储存电能，引起了全球的关注。据《物理世界》报道，碳纤维可以作为锂离子电池电极的发现是今年十大科学成就之一。
重量更轻，效率更高
自2018年以来，研究团队在提高刚度和能量密度方面取得了长足的进步。2021年，他们达到了一个关键的里程碑，电池能够提供24Wh/kg能量密度，相当于典型锂离子电池容量的20%左右。如今，他们已将这一数字提高到30Wh/kg。虽然仍低于目前的商用电池，但减轻重量的好处创造了一种新的动力。由于电池是车辆结构的一部分，因此总体上需要更少的能量。
查尔姆斯工业与材料科学系教授Leif Asp说：“如果我们要节约能源，考虑子孙后代，投资轻型节能汽车是理所当然的。我们对电动汽车进行了计算，结果表明，如果它们有具有竞争力的结构电池，它们的行驶时间可以比现在长70%。”
对于车辆来说，强度对于满足安全标准至关重要。该团队开发的结构电池显著提高了刚度，将弹性模量从25千兆帕提高到70千兆帕（GPa）。这意味着该材料可以像铝一样有效地承受载荷，同时重量要轻得多。
“就多功能性能而言，新电池是前代电池的两倍，实际上是世界上最好的电池，”自2007年以来一直参与结构电池研究的Asp评论道。
商业化进展
从一开始，最终目标就是达到适合商业化的性能水平。随着持续的研究，通过成立位于瑞典博拉斯的Chalmers Venture公司Sinonus AB，与市场的联系更加紧密。
尽管取得了进展，但还需要更多的工程工作来将生产从小型实验室批量扩大到消费电子产品或汽车所需的大规模制造。
Leif Asp说：“可以想象，重量只有现在一半的像信用卡般的手机或笔记本电脑是最快可以实现的。也可能是汽车或飞机中的电子设备等组件由结构电池供电。这将需要大量投资来满足运输业具有挑战性的能源需求，但这也是该技术可以发挥最大作用的地方。”
（素材来自：Chalmers University of Technology 全球储能网、新能源网综合） |
