Тяжелые и громоздкие батареи серьезно ограничивают возможности нового электрического транспорта. Любопытную альтернативу традиционным способам аккумулирования энергии изучают инженеры из Швеции. Они сообщили о прорыве в создании «невесомой» батареи, которая может служить одновременно и источником энергии, и структурным компонентом автомобиля или самолета. Пока у нее не очень высокая плотность энергии, но уже в следующей фазе исследований она будет утроена.
Команда из Технического университета Чалмерса, несколько лет изучавшая структурные батареи, пришла к выводу, что лучше всего использовать в качестве материала углеродное волокно, обладающее отличными и хорошо изученными механическими свойствами, а также способностью, после определенной обработки, выполнять функции электрода.
В 2018 ученые опубликовали исследование, описывающее разновидность углеволокна с нужным расположением кристаллов, которое обеспечивает необходимую транспорту прочность и электрохимическую производительность при хранении энергии. Теперь, желая найти практическое применение своим идеям, они изготовили структурную батарею из углеволокна, которая в десять раз эффективнее предыдущей версии.
Батарея состоит из отрицательного электрода из углеволокна и положительного — из алюминиевой фольги, покрытой литий-железо-фосфатом. Они разделены электролитом из стекловолокна, который переносит ионы лития, как в обычной батарее, но при этом помогает распределять механическую нагрузку на различные элементы структуры, сообщает New Atlas.
Авторы называют этот аккумулятор «невесомым», потому что, в отличие от традиционных батарей, он не увеличивает массу автомобилю или самолету, по крайней мере, в теории. Однако, ради этого пришлось пойти на некоторые компромиссы. Например, у батареи плотность энергии 24 Вт*ч/кг, что примерно в пять раз хуже, чем у современного литий-ионного аккумулятора.
С другой стороны, если интегрировать такую батарею в электромобиль вместо обычного литий-ионного аккумулятора, машина будет весить намного меньше, и ей потребуется меньше энергии для передвижения. А что касается механических свойств, то «невесомый» аккумулятор выдерживает давление в 25 ГПа и может конкурировать в прочности с другими стройматериалами.
В следующей фазе своих исследований шведские ученые намерены заменить алюминий на углеволокно, чтобы увеличить производительность и механические показатели батареи, а фиберглас станет тоньше, чтобы ускорить зарядку. В таком варианте она сможет обеспечить плотность энергии уже в 75 Вт*ч/кг и сохранить прочность алюминия при меньшей массе.
Интегрировать аккумуляторы в кузов электромобилей собирается и глава Tesla. Прошлой осенью Илон Маск рассказал об этом на «Дне батарей». Это решит сразу несколько задач: кузов станет прочнее, снизится вероятность пробоя аккумулятора в результате столкновения, а главное — такие машины будут стоить дешевле.
Читайте по теме. С новой литиевой батареей электромобили смогут заряжаться в 3-5 раз быстрее
