碳纖維可以將能量存儲(chǔ)在車輛的車身中

由瑞典查爾姆斯理工大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究表明，碳纖維可以作為電池電極，直接儲(chǔ)存能量。這為結(jié)構(gòu)電池開辟了新的機(jī)會(huì)，碳纖維成為能源系統(tǒng)的一部分。使用這種類型的多功能材料可以有助于顯著減輕未來飛機(jī)和車輛的重量 - 這是電氣化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

客機(jī)需要比現(xiàn)在輕得多，才能通電。為了延長每次電池充電的行駛距離，減輕重量對(duì)于車輛也是非常重要的。

Chalmers技術(shù)大學(xué)材料與計(jì)算力學(xué)教授Leif Asp對(duì)碳纖維執(zhí)行更多任務(wù)的能力進(jìn)行了研究，而不僅僅是作為增強(qiáng)材料。例如，它們可以儲(chǔ)存能量。

“車身不僅僅是一個(gè)承重元件，而且還可以充當(dāng)電池，”他說。“也可以將碳纖維用于其他目的，例如收集動(dòng)能，用于傳感器或用于能量和數(shù)據(jù)的導(dǎo)體。如果所有這些功能都是汽車或飛機(jī)機(jī)身的一部分，這可以減輕重量高達(dá)50%。“

Asp領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)多學(xué)科研究小組，他們最近發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于碳纖維微觀結(jié)構(gòu)如何影響其電化學(xué)特性的研究 - 即他們?cè)阡囯x子電池中作為電極工作的能力。到目前為止，這是一個(gè)尚未開發(fā)的研究領(lǐng)域。

研究人員研究了不同類型的市售碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，具有小且取向不良的晶體的碳纖維具有良好的電化學(xué)性能，但相對(duì)而言剛度較低。如果將其與具有大的高度取向的晶體的碳纖維進(jìn)行比較，它們具有更大的剛度，但電化學(xué)性能太低而不能用于結(jié)構(gòu)電池。

“我們現(xiàn)在知道應(yīng)該如何制造多功能碳纖維以獲得高儲(chǔ)能能力，同時(shí)確保足夠的剛度，”Asp說。“對(duì)于汽車等許多應(yīng)用來說，剛度的輕微降低并不是問題。市場(chǎng)目前主要是昂貴的碳纖維復(fù)合材料，其剛度適合飛機(jī)使用。因此，碳纖維制造商有可能擴(kuò)大其利用率。 “

在該研究中，具有良好電化學(xué)性質(zhì)的碳纖維的類型具有比鋼稍高的剛度，而其電化學(xué)性質(zhì)差的類型剛剛超過鋼的兩倍。

研究人員正在與汽車和航空業(yè)合作。Leif Asp解釋說，對(duì)于航空業(yè)來說，可能有必要增加碳纖維復(fù)合材料的厚度，以彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)電池的剛度降低。反過來，這也會(huì)增加其儲(chǔ)能能力。

“關(guān)鍵是根據(jù)重量，強(qiáng)度，剛度和電化學(xué)特性優(yōu)化系統(tǒng)級(jí)別的車輛。這對(duì)汽車行業(yè)來說是一種新的思維方式，它更多地用于優(yōu)化單個(gè)組件。沒有像傳統(tǒng)電池那樣高效，但由于它們具有結(jié)構(gòu)承載能力，因此可以在系統(tǒng)級(jí)別獲得非常大的收益。“

他繼續(xù)說道，“此外，結(jié)構(gòu)電池的低能量密度將使它們比標(biāo)準(zhǔn)電池更安全，特別是因?yàn)樗鼈円膊缓魏螕]發(fā)性物質(zhì)。”