Juraj Procházka Juraj O plimbare
Este posibil să nu fie necesare baterii mari și grele pentru a alimenta mașinile electrice în viitor. Un studiu realizat de oamenii de știință de la Universitatea de Tehnologie Chalmers a arătat că fibrele de carbon pot acționa ca electrozi ai bateriei și pot stoca energia direct. În același timp, pot îndeplini funcția de structură autoportantă.
Baterii șasiu-caroserie
Viziunea se concentrează asupra vehiculelor în care o mare parte din corpul sau fuselajul mașinii este alcătuit din structuri de baterii litiu-ion. Fibrele de carbon multifuncționale ar funcționa simultan în ele ca electrozi ai bateriei și ca material purtător.
Un astfel de material multifuncțional poate contribui la o reducere semnificativă a greutății aeronavelor (sau a echipamentelor VTOL) și a mașinilor electrice din viitor.
Cerințele actuale pentru creșterea gamei de mașini electrice pentru a se potrivi mașinilor cu un motor cu ardere internă duc la instalarea bateriilor mai mari și mai puternice. Cu toate acestea, acest lucru le crește și greutatea și crește necesarul de spațiu. În ciuda faptului că multe mașini electrice au o baterie amplasată în șasiu.
O echipă de cercetători condusă de Leif Asp, profesor de materiale și mecanică de calcul la Universitatea de Tehnologie Chalmers, Suedia, examinează capacitatea fibrelor de carbon de a servi scopuri multiple, nu doar acționând ca armare în diferite materiale compozite. De exemplu, pot stoca energie.
În acest scop, cercetătorii au căutat un răspuns la întrebarea: „Ar fi posibil să transformăm vehiculul în sine într-o baterie?” Se pare (cel puțin teoretic) da. Ei au efectuat un studiu care a demonstrat că corpurile din fibră de carbon ar putea servi drept electrozi pentru baterii.
Pierderea rapidă în greutate
Cu toate acestea, problema este compromisul între rezistența mecanică și rigiditatea fibrelor și proprietățile lor electrice. Fibrele de carbon, care sunt acum utilizate în compozite și pe corpurile mașinilor electrice sau ale mașinilor sport scumpe, nu sunt potrivite pentru electrozii bateriei datorită proprietăților lor electrochimice. Cu toate acestea, sunt puțin mai mult de 2 ori mai puternice decât oțelul.
În schimb, materialele din carbon utilizate ca electrozi în bateriile actuale au o rezistență nesatisfăcătoare pentru utilizarea în structurile de susținere. Echipa de cercetare a publicat un studiu despre modul în care microstructura fibrelor de carbon afectează proprietățile lor electrochimice, astfel încât acestea să poată funcționa ca electrozi într-o baterie litiu-ion.
Examinând microstructura diferitelor fibre de carbon disponibile comercial, cercetătorii au descoperit că fibrele de carbon cu cristale mici și slab orientate au proprietăți electrochimice bune, dar rezistență relativ mai mică.
În schimb, fibrele de carbon cu cristale mari și puternic orientate au rezistență mai mare, dar proprietățile lor electrochimice nu sunt potrivite pentru utilizarea în baterii structurale. Pe baza constatărilor, oamenii de știință sunt acum capabili să proiecteze fibre de carbon multifuncționale cu capacitate energetică ridicată, care sunt și ele suficient de puternice, a spus prof. Asp.
Astfel de fibre sunt „doar” puțin mai puternice decât oțelul, dar aceasta nu este o problemă pentru automobile. Dacă corpul mașinii electrice ar fi schimbat într-o baterie, greutatea sa ar putea fi redusă cu până la jumătate, potrivit oamenilor de știință de la TU din Chalmers.
Slăbiciunea poate fi un avantaj?
Profesorul Asp susține, de asemenea, că, deși bateriile structurale nu vor fi la fel de eficiente ca bateriile tradiționale (în ceea ce privește densitatea energiei), ele vor aduce și alte beneficii.
Deoarece vor fi auto-susținuți, vor face posibilă obținerea de beneficii interesante la nivel de sistem. Densitățile mai mici de energie pot fi chiar un avantaj, deoarece ar fi mai sigure în comparație cu bateriile Li-ion tradiționale.
În orice caz, vom aștepta o vreme pentru mașinile și avioanele electrice cu corpul bateriei, dar din punctul de vedere al proiectanților și dezvoltatorilor, aceasta este o idee interesantă.