重大突破!瑞典科学家研发“无质量”结构电池 性能提升了10倍
原创
2021-03-23 15:12 星期二
财联社 黄君芝

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,在如今的电动汽车或电子设备中,电池占据了设备重量的很大一部分,但没有任何承载功能。因此,科学家们一直在探索一种替代方案,替代传统的储能方案,并认为这将是一项重大突破。

近期,查尔莫斯工学院(Chalmers University of Technology)就展示了一种新型的“无质量”电池,这种电池既可以作为动力来源,又可以作为汽车的结构部件。之所以称之为“无质量”,是因为从本质上讲,当电池成为承重结构的一部分时,它的重量就消失了。计算表明,这种多功能电池可以大大减轻电动汽车的重量。

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2018年,科学家们发表了一项研究,描述了一种晶体排列正确的碳纤维形式,既能提供汽车结构所需的刚度,又能提供存储能量所需的电化学性能。作为将这项研究转化为现实应用的努力的一部分,查尔莫斯工学院的研究小组就生产出了一种碳纤维结构电池。

研究人员表示,这种结构电池的性能比以前所有型号的电池都要好十倍。而由于碳纤维是这项研究的关键支柱,这种“无质量”电池就可以同时作为电极、导体和承重材料。

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据了解,该电池由一个由碳纤维制成的负极和一个由涂有磷酸锂的铝箔制成的正极组成。它们之间由玻璃纤维织物分隔,玻璃纤维织物起到结构电解质基质的作用,既能像传统电池一样在电极之间传输锂离子,又能帮助将机械负荷分散到结构的不同部分。

尽管这种“无质量”能量存储设备确实与传统电池不同,也不会给车辆增加任何额外的重量(至少在理论上是这样),但研究人员表示,这确实也涉及到一些妥协。例如,这种电池的能量密度为24 Wh/kg,该团队指出,这大约是目前锂离子电池容量的20%。

不过,另一方面,如果将这种电池集成到一辆电动汽车上,以取代典型的锂离子电池,那辆汽车的重量就会轻得多,因此推动它在地面行驶所需的能量也会更少。至于它的机械性能,研究小组表示,这种材料的刚度为25 GPa,可以与其他常用的建筑材料竞争。

该项目负责人Leif Asp说:“以前制造结构电池的尝试,要么使电池具有良好的机械性能,要么使电池具有良好的电气性能。但在这里,我们使用碳纤维,成功地设计出了一种具有竞争力的储能能力和刚性的结构电池。”

研究人员表示,这种新设计比之前的结构电池性能提高了十倍,但他们很快将注意力转向了更高的目标。他们研究的下一个阶段是用碳纤维替换正电极中的铝,以进一步提高能量和机械性能,而玻璃纤维织物将被一种更薄的版本取代,以促进更快的充电。

Asp猜测这种电池可以提供高达75 Wh/kg的能量密度和75 GPa的硬度,使其与铝一样坚固,但要轻得多。届时,围绕电动汽车甚至消费电子产品的可能性将变得非常令人兴奋。

“下一代结构电池具有巨大的潜力,”他补充说,“如果你看看消费技术,很有可能在几年内生产出智能手机、笔记本电脑或电动自行车,它们的重量只有现在的一半,而且体积更小。”

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