Гибкие ячейки АКБ для интеграции в электромобили и energy storage systems
Шведские ученые разработали структурную батарею, которая, как утверждается, обеспечивает «безмассовое» хранение энергии, поскольку ее вес исчезает, когда она становится частью несущей конструкции. Устройство имеет плотность энергии 24 Вт-ч/кг и предназначено для легкой интеграции в транспортные средства, работающие на солнечной энергии.
Ученые из Технологического университета Чалмерса в Швеции разработали структурную батарею с углеродным волокном, которое выступает в качестве электрода, проводника и несущего материала.
Структурные батареи — это материалы с электрохимическими свойствами системы хранения энергии, которые могут быть встроены в структуру объекта, например, электромобиля или безпилотника. Их основная цель — уменьшить вес самого объекта.
Ученые рассказали, что исследования и разработки «безмассовых» батарей начались в 2007 году. По их словам, с тех пор основной проблемой было создание устройств с хорошими электрическими и механическими свойствами. Однако они утверждают, что их батарея на основе углеродного волокна обладает хорошими аккумулирующими свойствами, а также необходимой жесткостью и прочностью, чтобы быть интегрированной в конструкцию электромобилей.
«Наша батарея также может быть применена на крыше городских транспортных средств, таких как рикши и подобные им, которые также покрыты солнечными батареями», — сказал исследователь Лейф Асп в интервью.
Батарея состоит из отрицательного электрода из углеродного волокна (CF) и положительного электрода на основе алюминиевой пленки, разделенных сепаратором из стекловолокна (GF) в матричном материале структурного батарейного электролита (SBE).
«CF выступают в качестве носителя Li, проводят электроны и укрепляют материал», — пояснили исследователи. «Аналогичным образом, фольга положительного электрода обеспечивает комбинированную механическую и электрическую функциональность».
Они также отметили, что SBE благоприятствует транспортировке литий-иона и передает механические нагрузки между волокнами, частицами и слоями устройства. Продемонстрированный гибкий аккумулятор (ESS) показал модуль упругости 25 гигапаскалей и прочность на разрыв более 300 мегапаскалей. Модуль упругости измеряет сопротивление материала упругой деформации, а прочность на разрыв означает максимальную нагрузку, которую материал может выдержать без разрушения при растяжении.
«Аккумулятор системы bess имеет плотность энергии 24 Вт-ч/кг, что означает примерно 20-процентную емкость по сравнению с аналогичными литий-ионными аккумуляторами, доступными в настоящее время», — заявила шведская группа. «Но поскольку вес транспортных средств может быть значительно снижен, для движения электромобиля, например, потребуется меньше энергии, а более низкая плотность энергии также приводит к повышению безопасности».
Они описали батарею в статье «Структурная батарея и ее многофункциональные характеристики», которая недавно была опубликована в журнале Advanced Energy & Sustainability Research. «Теперь мы будем тестировать батарею для систем energy storage в сочетании с интегрированными в транспортное средство фотоэлектрическими и аэрокосмическими аппаратами», — сказал Асп.
В мае другие ученые из Технологического университета Чалмерса представили прототип перезаряжаемой батареи на основе цемента со средней плотностью энергии 7 Вт-ч/м2.
«Эта технология energy storage systems идеально подходит для крупномасштабных систем хранения энергии от ВЭС и СЭС», — сказал тогда исследователь Лупинг Тан в интервью. «Она также идеально подходит для фотоэлектрических установок на крышах, и наша основная идея заключалась в производстве элементов крыши с функциями аккумулятора для систем накопления энергии от солнечных электростанций».