鉅大LARGE | 點擊量：657次 | 2021年12月17日
重大突破！研究人員生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)電池 比以前的所有版本都需要好十倍
查爾默斯科技大學(xué)的研究人員研制出了一種結(jié)構(gòu)電池，其性能比以前所有型號的電池都要好十倍。它含有碳纖維，可以同時作為電極、導(dǎo)體和承重材料。他們最新的研究突破為汽車和其他技術(shù)的“無質(zhì)量”儲能鋪平了道路。
如今的電動汽車中，電池占了汽車重量的很大一部分，卻沒有任何承載功能。另一方面，結(jié)構(gòu)電池既是動力源，又是結(jié)構(gòu)的一部分——例如，在汽車車身中。這被稱為“無質(zhì)量”能量存儲，因為從本質(zhì)上說，當(dāng)電池成為承重結(jié)構(gòu)的一部分時，它的重量就消失了。計算表明，這種多功能電池可以大大減輕電動汽車的重量。
查爾默斯理工大學(xué)(ChalmersUniversityofTechnology)的結(jié)構(gòu)電池的開發(fā)經(jīng)歷了多年的研究，包括之前涉及某些類型的碳纖維的發(fā)現(xiàn)。除了堅硬和堅固之外，它們還具有良好的化學(xué)儲存電能的能力。這項工作被《物理世界》評為2018年十大科學(xué)突破之一。
結(jié)構(gòu)性電池復(fù)合材料不能存儲與鋰離子電池一樣多的能量，但是具有多種特性，使其在車輛和其他應(yīng)用中具有很高的吸引力。當(dāng)電池成為承重結(jié)構(gòu)的一部分時，電池的質(zhì)量實際上“消失了”。
人們早在2007年就開始嘗試制造結(jié)構(gòu)電池，但到目前為止，要同時制造具有良好電氣和機械性能的電池還是很困難的。但是現(xiàn)在，Chalmers的研究人員與斯德哥爾摩的KTH皇家理工學(xué)院合作，提出了一種結(jié)構(gòu)電池，在電能存儲、剛度和強度方面，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以往任何東西。它的多功能性能比以前的結(jié)構(gòu)電池原型高出10倍。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
這種電池的能量密度為24Wh/kg，這意味著與目前可用的鋰離子電池相比，其容量約為20%。但是由于汽車的重量可以大大減少，例如，駕駛電動汽車所需的能源就會更少，而更低的能量密度也會提高安全性。并且具有25GPa的剛度，結(jié)構(gòu)電池真的可以與許多其他常用的建筑材料競爭。
他說，以前的一些制造結(jié)構(gòu)電池的嘗試，要么使電池具有良好的機械性能，要么使電池具有良好的電氣性能。但在這里，我們使用碳纖維成功地設(shè)計出了一種具有競爭力的儲能能力和剛性的結(jié)構(gòu)電池，查爾默斯大學(xué)教授、該項目負(fù)責(zé)人LeifAsp解釋道。
JohannaXu博士在查默斯（Chalmers）的復(fù)合實驗室中擁有一個新制造的結(jié)構(gòu)電池，她向LeifAsp展示了該電池。電池由碳纖維電極和磷酸鐵鋰電極組成，由玻璃纖維織物隔開，所有電極均浸漬有結(jié)構(gòu)性電池電解質(zhì)，以實現(xiàn)機械和電氣的綜合功能。三個結(jié)構(gòu)電池已串聯(lián)連接，并作為較大的復(fù)合層壓板的一部分進行層壓。每個結(jié)構(gòu)電池的標(biāo)稱電壓為2.8V。層壓板的總電壓為8.4V，平面剛度剛好超過28GPa。
超輕型電動自行車和消費電子產(chǎn)品可能很快就會成為現(xiàn)實
這種新型電池有一個由碳纖維制成的負(fù)極，和一個由涂有磷酸鋰的鋁箔制成的正極。它們被電解質(zhì)基質(zhì)中的玻璃纖維織物隔開。盡管他們成功地創(chuàng)造了一種比之前所有電池都好十倍的結(jié)構(gòu)電池，研究人員并沒有選擇這種材料來嘗試打破記錄——相反，他們想要調(diào)查和了解材料結(jié)構(gòu)和隔板厚度的影響。
現(xiàn)在，一個由瑞典國家航天局資助的新項目正在進行中，結(jié)構(gòu)電池的性能將進一步提高。鋁箔將被碳纖維取代，作為正極的承重材料，提供更高的剛度和能量密度。玻璃纖維隔板將被超薄隔板取代，效果更好，充電周期也更快。新項目預(yù)計在兩年內(nèi)完成。
領(lǐng)導(dǎo)這個項目的LeifAsp估計，這種電池可以達(dá)到75Wh/kg的能量密度和75GPa的剛度。這將使電池的強度和鋁差不多，但重量相對要輕得多。
下一代結(jié)構(gòu)電池具有巨大的潛力。如果你看看消費技術(shù)，很有可能在幾年內(nèi)生產(chǎn)出智能手機、筆記本電腦或電動自行車，它們的重量只有現(xiàn)在的一半，而且更緊湊。
從長遠(yuǎn)來看，完全可以想象，電動汽車、電動飛機和衛(wèi)星將使用結(jié)構(gòu)電池來設(shè)計和提供動力。
