Kulfiber kan lagre energi i et køretøjs karosseri

En undersøgelse ledet af Chalmers University of Technology, Sverige, har vist, at kulfiber kan fungere som batterielektroder, lagre energi direkte. Dette åbner nye muligheder for strukturelle batterier, hvor kulfiberen bliver en del af energisystemet. Brugen af ​​denne type multifunktionelt materiale kan bidrage til en væsentlig vægtreduktion i fremtidens fly og køretøjer-en central udfordring for elektrificering.

Passagerfly skal være meget lettere end de er i dag for at kunne drives af elektricitet. En reduktion i vægt er også meget vigtig for køretøjer for at forlænge kørselsafstanden pr. Batteriopladning.

Leif Asp, Professor i materiale- og computermekanik ved Chalmers University of Technology, forsker i kulfiberes evne til at udføre flere opgaver end blot at fungere som et forstærkende materiale. De kan lagre energi, for eksempel.

"En karosseri ville da ikke blot være et bærende element, men også fungere som et batteri, "siger han." Det vil også være muligt at bruge kulfiberen til andre formål såsom høst af kinetisk energi, til sensorer eller til ledere af både energi og data. Hvis alle disse funktioner var en del af en bil eller et flyvemaskine, dette kan reducere vægten med op til 50 procent. "

Asp stod i spidsen for en tværfaglig forskergruppe, der for nylig offentliggjorde en undersøgelse om, hvordan mikrostrukturen af ​​kulfiber påvirker deres elektrokemiske egenskaber - det vil sige, deres evne til at fungere som elektroder i et lithium-ion batteri. Indtil videre har dette været et uudforsket forskningsfelt.

Forskerne studerede mikrostrukturen af ​​forskellige typer kommercielt tilgængelige kulfiber. De opdagede, at kulfiber med små og dårligt orienterede krystaller har gode elektrokemiske egenskaber, men en lavere stivhed relativt. Hvis du sammenligner dette med kulfiber, der har store, stærkt orienterede krystaller, de har større stivhed, men de elektrokemiske egenskaber er for lave til brug i strukturelle batterier.

"Vi ved nu, hvordan multifunktionelle kulfiber skal fremstilles for at opnå en høj energilagringskapacitet, samtidig med at der sikres tilstrækkelig stivhed, "Asp siger." En lille reduktion i stivhed er ikke et problem for mange applikationer som f.eks. Biler. Markedet domineres i øjeblikket af dyre kulfiberkompositter, hvis stivhed er skræddersyet til brug af fly. Der er derfor et vist potentiale her for kulfiberproducenter til at forlænge deres udnyttelse. "

I undersøgelsen havde typerne kulfiber med gode elektrokemiske egenskaber en lidt højere stivhed end stål, der henviser til, at de typer, hvis elektrokemiske egenskaber var dårlige, er lidt over dobbelt så stive som stål.

Forskerne samarbejder med både bil- og luftfartsindustrien. Leif Asp forklarer, at for luftfartsindustrien, det kan være nødvendigt at øge tykkelsen af ​​kulfiberkompositter, for at kompensere for den reducerede stivhed af strukturelle batterier. Dette ville, på tur, øger også deres energilagringskapacitet.

"Nøglen er at optimere køretøjer på systemniveau - baseret på vægten, styrke, stivhed og elektrokemiske egenskaber. Det er noget af en ny tankegang for bilsektoren, som er mere vant til at optimere individuelle komponenter. Strukturelle batterier bliver måske ikke lige så effektive som traditionelle batterier, men da de har en strukturel bæreevne, der kan opnås meget store gevinster på systemniveau. "

Han fortsætter, "Ud over, strukturelle batteriers lavere energitæthed ville gøre dem mere sikre end standardbatterier, især da de heller ikke ville indeholde flygtige stoffer. "