Szkielet, który jest akumulatorem. Telefony będą smukłe jak karty kredytowe
Gdy samochody, samoloty, statki lub komputery będą zbudowane z materiału, który działa zarówno jako bateria, jak i konstrukcja nośna, waga i zużycie energii mogą być radykalnie zmniejszone. Taka myśl przyświecała szwedzkim naukowcom, którzy zaprezentowali światu nowatorski akumulator.
Grupa badawcza z Uniwersytetu Technicznego Chalmersa w Szwecji stworzyła materiał, który może być równocześnie obudową smartfona, albo karoserią czy konstrukcją auta.
Tak zwana bateria strukturalna mogłaby zmniejszyć o połowę wagę laptopa, sprawić, że telefon komórkowy będzie tak cienki jak karta kredytowa lub zwiększyć zasięg samochodu elektrycznego nawet o 70 proc. na jednym ładowaniu. Dzięki temu wynalazkowi rama rowerów elektrycznych byłaby jednocześnie ich akumulatorem.
Więcej o akumulatorach przyszłości przeczytasz na Spider's Web:
Podobnie jak ludzki szkielet, nasz bateria pełni kilka funkcji jednocześnie. Udało nam się stworzyć akumulator wykonany z kompozytu z włókna węglowego, który jest tak sztywny jak aluminium i wystarczająco gęsty energetycznie (mieści wystarczającą ilość energii), aby można go było stosować komercyjnie
- mówi Richa Chaudhary, która jest pierwszą autorką artykułu naukowego niedawno opublikowanego w czasopiśmie Advanced Materials.
Badania w Chalmers nad bateriami strukturalnymi trwają od wielu lat. Kiedy szwedzcy naukowcy opublikowali w 2018 r. pierwsze wyniki swojej pracy dotyczące tego, jak sztywne, mocne włókna węglowe mogą chemicznie magazynować energię elektryczną, innowacja ta przyciągnęła ogromną uwagę.
Wiadomość, że włókno węglowe może pełnić funkcję elektrod w bateriach litowo-jonowych, była szeroko komentowana, a osiągnięcie to zostało uznane za jedno z dziesięciu największych przełomów roku przez prestiżowy Physics World.
Niższa waga wymaga mniej energii
Od tego czasu grupa badawcza rozwijała swoją koncepcję, aby zwiększyć zarówno sztywność, jak i gęstość energii. Póki co udało osiągnąć się gęstość energii do 30 watogodzin na kilogram (Wh/kg). To oznacza około 25 proc. pojemności porównywalnego wielkością akumulatora litowo-jonowego.
Chociaż jest to nadal mniej niż dzisiejsze akumulatory, trzeba wziąć pod uwagę kilka czynników. Kiedy akumulator jest częścią konstrukcji i jest wykonany z lekkiego materiału, całkowita masa pojazdu jest znacznie zmniejszona. A to oznacza mniejsze zużycie energii.
Inwestowanie w lekkie i energooszczędne pojazdy jest oczywistym wyborem, jeśli chcemy oszczędzać energię i myśleć o przyszłych pokoleniach. Przeprowadziliśmy obliczenia dotyczące samochodów elektrycznych, które pokazują, że mogłyby one jeździć nawet o 70 proc. dłużej niż obecnie, gdyby miały baterie strukturalne
- mówi kierownik badań Leif Asp, profesor na Wydziale Nauk Przemysłowych i Materiałowych na Chalmers.
Jeśli chodzi o pojazdy, co oczywiste, wymagania wobec projektu muszą dotyczyć także wytrzymałości, tak aby spełnić wymogi bezpieczeństwa. Tu też Szwedzi odnotowali postęp. Ich strukturalne ogniwo baterii znacznie zwiększyło swoją sztywność, a dokładniej moduł sprężystości, mierzony w gigapaskalach (GPa), z 25 do 70. Oznacza to, że materiał może przenosić obciążenia równie dobrze jak aluminium, ale przy mniejszej wadze.
To najlepszy, wielofunkcyjny akumulator, jaki kiedykolwiek powstał na świecie - przekonują naukowcy. Ich odkrycie opublikowane zostało w czasopiśmie Advanced Materials.
Czym są baterie strukturalne?
Baterie strukturalne to materiały, które oprócz magazynowania energii mogą przenosić obciążenia. W ten sposób materiał baterii może stać się częścią faktycznego materiału konstrukcyjnego produktu, co oznacza, że można osiągnąć znacznie niższą wagę urządzenia, na przykład w samochodach elektrycznych, dronach, narzędziach ręcznych, laptopach i telefonach komórkowych.
Badacze podkreślają, że od samego początku ich celem była technologia, która może być wykorzystywana na co dzień, a nie osiągnięcie, które będzie sztuką dla sztuki. Twierdzą, że ich wynalazek szybko zagości na rynku, bo zainteresowanie przemysłu lotniczego i motoryzacyjnego jest bardzo duże.
