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研究人員開發出新型結構電池 性能提升十倍

來源:蓋世汽車 | 2021-03-24 15:57:28
新型結構電池性能是之前結構電池的10倍。該電池使用了碳纖維材料,并將其同時用于電極、導體和承重材料中。

據外媒報道,查爾姆斯理工大學與瑞典皇家理工學院(KTH)合作研發出一種新型結構電池,性能是之前結構電池的10倍。該電池使用了碳纖維材料,并將其同時用于電極、導體和承重材料中。其成功研發為汽車和其他技術實現真正的“無質量(massless)”能量存儲鋪平了道路。

電池重量在電動汽車的總重中占比很大,且無任何承重功能。而結構電池既可以提供動力,也可以作為汽車的結構部件。這種電池就是“無質量”能量存儲,即當電池可作為承重結構部件時,其質量可以忽略不計。計算結果表明,這種多功能電池可大大減輕電動汽車的重量。查爾姆斯理工大學已對結構電池進行了多年研究,之前還發現了很多其他類型的碳纖維,它們不僅堅固強大,且具有良好的化學儲能能力。

2007年,研究人員首次嘗試開發結構電池,可迄今為止也未研發出兼具良好電氣性能和機械性能的電池。但最近,結構電池研發取得實質性進展。查爾姆斯理工大學與瑞典皇家理工學院(KTH)合作研發出一種結構電池,能量存儲、剛度和強度均超出現有產品,其多功能性能是之前結構電池的10倍。

前瞻技術,結構電池,碳纖維,“無質量”能量存儲

該電池的能量密度為24 Wh / kg,是現有同類鋰離子電池容量的20%。由于該結構電池可大大減輕車輛的重量,因此驅動電動汽車所需的能量也相應減少。此外,低能量密度也提高了車輛安全。該結構電池的剛度為25 GPa,可與許多常用建筑材料媲美。

查爾姆斯理工大學教授、該項目負責人Leif Asp表示:“之前研發的結構電池電芯要么具備良好的機械性能,要么具備良好的電氣性能。但通過使用碳纖維,我們成功設計出兼具良好存儲能力和剛性的結構電池。”

新型結構電池的負極由碳纖維制成,正極由涂有磷酸鋰的鋁箔制成,正負極由電解質基質中的玻璃纖維織物隔開。盡管使用碳纖維使得電池性能提高了10倍,可研究人員并未選擇繼續打破該記錄,而是研究并了解材料結構和隔板厚度所帶來的影響。

目前,由瑞典國家航天局(Swedish National Space Agency)資助的新項目正試圖進一步提高該結構電池的性能。他們將使用碳纖維取代正極中的鋁箔,并作為承重材料,提高剛度和能量密度。此外,他們還將使用超薄玻璃織物替代之前的玻璃織物,進一步提高剛度與能量密度,同時縮短充電周期。新項目預計在兩年內完成。

同為此項目的領導者Leif Asp預計這種結構電池未來可提供75 Wh/kg的能量密度和75 GPa的硬度,像鋁一樣堅固,但要輕得多。Leif Asp表示:“下一代結構電池具有巨大潛力。基于當前消費類產品技術,未來幾年,智能手機、筆記本電腦和電動自行車的重量很可能僅為現在的一半,且更加小巧。”從長遠來看,結構電池未來還將可能為電動汽車、電動飛機和衛星供電。

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