Юрай Прохазка Юрай Прогулянка
Великі та важкі акумулятори в майбутньому можуть не знадобитися для живлення електромобілів. Дослідження вчених з Технологічного університету Чалмерс показало, що вуглецеві волокна можуть виступати в ролі акумуляторних електродів і безпосередньо накопичувати енергію. У той же час вони можуть виконувати функцію самонесучої конструкції.
Шасі до корпусу
Бачення фокусується на транспортних засобах, де більша частина кузова або фюзеляжу автомобіля складається з літій-іонних акумуляторних конструкцій. Багатоцільові вуглецеві волокна могли б одночасно функціонувати в них як електроди акумулятора та матеріал-носій.
Такий багатофункціональний матеріал може сприяти значному зменшенню ваги літаків (або обладнання VTOL) та електромобілів майбутнього.
Сучасні вимоги щодо збільшення асортименту електромобілів, що відповідають автомобілям з двигуном внутрішнього згоряння, призводять до встановлення більших та потужніших акумуляторів. Однак це також збільшує їх вагу та збільшує вимоги до простору. Незважаючи на те, що багато електромобілі мають акумулятор, розташований в шасі.
Група дослідників на чолі з Лейфом Асп, професором матеріалів та обчислювальної механіки з Технологічного університету Чалмерса, Швеція, досліджує здатність вуглецевих волокон служити різним цілям, а не лише виконувати роль арматури в різних композиційних матеріалах. Наприклад, вони можуть зберігати енергію.
З цією метою дослідники шукали відповідь на питання: «Чи можна було б перетворити сам автомобіль на акумулятор?» Здається (принаймні теоретично) так. Вони провели дослідження, доводячи, що корпуси з вуглецевого волокна можуть служити електродами акумуляторів.
Швидке схуднення
Проблема, однак, полягає в компромісі між механічною міцністю і жорсткістю волокон та їх електричними властивостями. Вуглецеві волокна, які зараз використовуються в композитах та на кузовах електромобілів або дорогих спортивних автомобілів, непридатні для електродів акумуляторів через свої електрохімічні властивості. Однак вони трохи більше ніж у 2 рази міцніше сталі.
На відміну від цього вуглецеві матеріали, що використовуються в якості електродів у струмових батареях, мають незадовільну міцність для використання в опорних конструкціях. Дослідницька група опублікувала дослідження про те, як мікроструктура вуглецевих волокон впливає на їх електрохімічні властивості, щоб вони могли працювати як електроди в літій-іонній батареї.
Досліджуючи мікроструктуру різних комерційних вуглецевих волокон, дослідники виявили, що вуглецеві волокна з малими та погано орієнтованими кристалами мають хороші електрохімічні властивості, але відносно меншу міцність.
І навпаки, вуглецеві волокна з великими і сильно орієнтованими кристалами мають вищу міцність, але їх електрохімічні властивості не придатні для використання в структурних батареях. На основі висновків вчені тепер можуть розробляти багатофункціональні вуглецеві волокна з високою енергетичною потужністю, які також є досить міцними, зазначив проф. Asp.
Такі волокна "лише" трохи міцніше сталі, але це не проблема для автомобілів. Якби кузов електромобіля замінили на акумулятор, його вага могла б бути зменшена до половини, за словами вчених з ТУ з Чалмерса.
Слабкість може бути перевагою?
Професор Асп також стверджує, що хоча структурні акумулятори не будуть такими ефективними, як традиційні батареї (з точки зору щільності енергії), вони принесуть інші переваги.
Оскільки вони будуть госпрозрахункові, вони дозволять досягти цікавих переваг на системному рівні. Менша щільність енергії може бути навіть перевагою, оскільки вона буде більш безпечною в порівнянні з традиційними літій-іонними акумуляторами.
У будь-якому випадку ми трохи почекаємо електромобілі та літаки з корпусом акумулятора, але з точки зору дизайнерів та розробників, це цікава ідея.