Oczekuje się, że akumulatory strukturalne z włókna węglowego zwiększą w przyszłości zasięg pojazdów elektrycznych o 70%.
Kiedy samochody, samoloty, statki czy komputery są wykonane z materiału, który spełnia zarówno funkcję akumulatora, jak i konstrukcji nośnej, można znacznie zmniejszyć ich wagę i zużycie energii. Jak wynika z artykułu opublikowanego 10 grudnia w najnowszym numerze „Zaawansowane materiałyzespół badawczy z Politechniki Chalmers w Szwecji poczynił postępy w zakresie „bezmasowego magazynowania energii” poprzez opracowanie wielofunkcyjnego akumulatora strukturalnego z włókna węglowego. Bateria ta może zmniejszyć wagę laptopów o połowę, sprawić, że smartfony będą tak cienkie jak karty kredytowe, czy też zwiększyć zasięg pojazdów elektrycznych o 70% na jednym ładowaniu.
Badaczka z Politechniki Chalmers, Rika Chaudhuri, stwierdziła, że opracowany przez nich akumulator strukturalny jest wykonany z materiałów kompozytowych z włókna węglowego, które mają sztywność porównywalną do aluminium i gęstość energii wystarczającą do zastosowań komercyjnych. Bateria strukturalna to materiał, który może zarówno magazynować energię, jak i przenosić obciążenia. Integracja materiałów akumulatorowych z faktyczną konstrukcją produktów oznacza, że pojazdy elektryczne, drony, narzędzia ręczne, laptopy i smartfony mogą osiągnąć mniejszą wagę.
W 2018 roku zespół po raz pierwszy wykazał, że włókno węglowe, które charakteryzuje się dużą sztywnością i twardością, może chemicznie magazynować energię elektryczną i pełnić funkcję elektrody w akumulatorach litowo-jonowych. Badania te spotkały się z szerokim zainteresowaniem i zostały docenione przez m.inŚwiat fizykijako jeden z dziesięciu najważniejszych przełomów tego roku.
Od tego czasu zespół badawczy dalej rozwijał swoją koncepcję, zwiększając sztywność akumulatora i gęstość energii. W 2021 roku zwiększyli gęstość energii do 24 watogodzin na kilogram (Wh/kg), co stanowi około 20% pojemności porównywalnych akumulatorów litowo-jonowych. Teraz podnieśli gęstość energii do 30 Wh/kg. Chociaż jest to nadal mniej niż obecnie powszechnie stosowane akumulatory, wpływ jest znacząco inny. Kiedy akumulatory staną się częścią konstrukcji i będą mogły być wykonane z lekkich materiałów, całkowita masa pojazdu może zostać znacznie zmniejszona. W rezultacie zużycie energii wymaganej przez pojazdy elektryczne uległoby znacznemu zmniejszeniu.
Naukowcy przeprowadzili obliczenia na pojazdach elektrycznych i odkryli, że w przypadku wyposażenia w nowy akumulator strukturalny zasięg mógłby wzrosnąć nawet o 70% w porównaniu z obecnym poziomem. Sztywność strukturalnych jednostek akumulatorowych również uległa znacznej poprawie, a moduł sprężystości mierzony w gigapaskalach (GPa) wzrósł z 25 do 70. Oznacza to, że materiał może wytrzymać obciążenia takie jak aluminium, ale jest lżejszy.
Naukowcy stwierdzili, że z punktu widzenia wielofunkcyjności wydajność nowego akumulatora jest dwukrotnie większa niż w przypadku poprzedniej generacji, co czyni go najlepszym jak dotąd akumulatorem na świecie. Zanim jednak ogniwa akumulatorowe będą mogły przejść z produkcji laboratoryjnej na małą skalę do produkcji na dużą skalę i zastosowania w produktach technologicznych lub pojazdach, należy jeszcze wykonać znaczną ilość prac inżynieryjnych.
