Развитие EV: легкие композиты для структурных батарей

Одна из проблем инженеров, разрабатывающих электромобили (EV) — масса батарей, необходимых для питания моторов. Батареи тяжелы. Для получения запаса хода — одного из главных требований EV — нужна достаточная емкость батареи… но это порочный круг: больше батарея — больше масса — меньше запас хода.

Исследователи Технологического университета Хальмерса (Швеция) разработали батарею, которая может решить эту проблему: она не только накапливает энергию (24 Вт·ч/кг), но и обеспечивает структурную поддержку, имея жесткость 25 ГПа.

Лейф Асп, профессор Хальмерса и лидер проекта (в сотрудничестве с Королевским технологическим институтом KTH, Стокгольм, Швеция), сказал: «Предыдущие попытки структурных батарей давали либо хорошие механические, либо хорошие электрические свойства. Но здесь, используя углеволокно, мы сумели спроектировать структурную батарею с конкурентоспособной емкостью накопления энергии и жесткостью».

В статье в Advanced Energy and Sustainability Research (vol. 2, issue 3) Асп и соавторы описывают батарею:

«Структурный батарейный композит состоит из УВ [углеволокно] отрицательного электрода и алюминиевопленочно-поддерживаемого положительного электрода, разделенных СФ [стекловолокно] сепаратором в матрице SBE [структурный батарейный электролит]. Следовательно, УВ выступают хозяином для Li (активный электродный материал), проводят электроны и армируют материал. Аналогично, фольга положительного электрода дает комбинированную механическую и электрическую функциональность. SBE обеспечивает Li-ионный транспорт и передает механические нагрузки между волокнами, частицами и слоями. Используются два типа СФ тканых сепараторов — Whatman GF/A и GF plain weave — как модельные материалы для исследования влияния толщины и архитектуры сепаратора, а также анизотропии материала на мультифункциональную производительность».

Сейчас работают над новой структурной батареей с заменой алюминиевой фольги на углеволокно и более тонким стекловолокнистым сепаратором.

Асп ожидает: дальнейшие исследования дадут батарею с энергоплотностью 75 Вт·ч/кг и жесткостью 75 ГПа.

«Если смотреть на потребительские технологии», — сказал Асп, «вполне возможно через несколько лет производить смартфоны, ноутбуки или электровелосипеды, весящие в два раза меньше сегодняшних и гораздо более компактные».