Энергетика, природные ресурсы, инженерные системы

Информационный портал ТЕПЛОКАРТА
  • Главная
    • Главная

      • Твердотопливные котлы и печи, камины
      • Системы отопления и охлаждения
      • Альтернативная энергия
      • Водоснабжение и водоотведение
      • Вентиляция и кондиционирование
      • Оборудование и материалы
      • Энергоэффективность и энергосбережение
      • Природные ресурсы, экология и строительство
      • Ядерная энергетика
      • Новости, обзоры, события
      • Исследования
  • Указатель терминов
  • Облако тегов
  • О портале
    • О портале

      • Контакты
      • Разместить статью
Доктор Johanna Xu с элементом структурированной батареи в лаборатории композитов Чалмерса, которую она показывает своему руководителю Leif Asp. Один электрод ячейки состоит из углеродного волокна, а другой - из литий-железо-фосфатного сплава на алюминиевой фольге. Электроды разделены стекловолоконной тканью, пропитанной структурированным электролитом. Батарея сочетает в себе высокую механическую прочность и электрическую функциональность. Автор: Marcus Folino/Chalmers University of Technology
Доктор Johanna Xu с элементом структурированной батареи в лаборатории композитов Чалмерса, которую она показывает своему руководителю Leif Asp. Один электрод ячейки состоит из углеродного волокна, а другой - из литий-железо-фосфатного сплава на алюминиевой фольге. Электроды разделены стекловолоконной тканью, пропитанной структурированным электролитом. Батарея сочетает в себе высокую механическую прочность и электрическую функциональность. Автор: Marcus Folino/Chalmers University of Technology

Большой прорыв в области «безмассового» хранения энергии

Оборудование и материалы

Опубликовано: 25.03.2021

Обновлено: 01.02.2022

 584

«Структурированная батарея имеет фантастический потенциал. Если посмотреть с потребительской точки зрения, то через несколько лет вполне возможно произведут смартфоны, ноутбуки или электрические велосипеды, которые весят вдвое меньше, чем существующие модели»

Исследователи из Чалмерского Университета Технологий (Chalmers University of Technology) разработали структурированную батарею, которая состоит из многофункциональных компонентов, где армированные углеродные волокна действуют как отрицательный электрод и токоприемник. Структурированный электролит передает нагрузку и переносит ионы. Отрицательный и положительный электрод из литий-железо-фосфатного сплава на алюминиевой фольге разделены стекловолоконной тканью. С помощью этого структурированного материала можно создавать облегченные электромобили, самолеты и товары народного потребления. Научный прорыв открывает путь к «безмассовому» хранению энергии.

Аккумуляторы современных электромобилей имеют большой вес и при этом не выполняют никакой другой функции, кроме электропитания. Например, аккумулятор электромобиля Tesla S (85 кВт-ч) весит ≈25% от его общей массы. Напротив, структурированная батарея является и источником энергии, и частью несущей конструкции автомобиля, например, его кузова. Эта технология называется «безмассовым» накоплением энергии, потому что вес аккумулятора в данном случае можно не учитывать. Расчеты показывают, что это значительно снизит вес электромобиля.

Разработка структурированных батарей продолжалась в университете много лет. Помимо жесткости и прочности, они должны накапливать электрическую энергию химическим способом. Эта работа была названа изданием Physics World одним из десяти крупнейших научных достижений 2018 года.

Первая попытка создать ламинированный структурный композитный аккумулятор была предпринята Армейской исследовательской лабораторией США (ARL) в 2007 году. Однако производить батареи с хорошими электрическими и механическими свойствами оказалось непростой задачей.

Теперь исследователи представили структурированную батарею со свойствами, которые намного превосходят все ранние их достижения, с точки зрения хранения электроэнергии, жесткости и прочности материала. Многофункциональные характеристики устройства оказались в десять раз выше, чем у предыдущих прототипов структурированных батарей.

Плотность энергии батареи составила 24 Вт-ч/кг, что примерно равно 20-процентам емкости литий-ионных аналогов. Однако, если вес транспортных средств становится значительно меньше, то для передвижения электромобиля потребуется меньше энергии. Кроме этого, меньшая плотность энергии приводит к повышению безопасности транспортного средства. А с жесткостью 25 ГПа структурированная батарея начинает конкурировать со многими распространенными строительными материалами.

«Предыдущие попытки создать структурированные батареи приводили к получению элементов либо с хорошими механическими, либо электрическими свойствами. Используя углеродное волокно, удалось добиться хорошего сочетания этих двух параметров».

Сверхлегкие электрические велосипеды и бытовая электроника

Батарея имеет отрицательный электрод из углеродного волокна и положительный электрод из алюминиевой фольги, покрытой литий-железо-фосфатным сплавом. Электроды разделены стеклотканью и помещены в электролитную матрицу. Однако исследователи не делали ставку именно на материалы, чтобы побить рекорды, - они хотели изучить влияние структуры материала и толщины разделителя на свойства батареи.

В дальнейшем алюминиевая фольга также будет заменена углеродным волокном, выполняющего роль основы, придавая материалу повышенную жесткость при высокой плотности энергии. Стекловолоконный разделитель заменят ультратонкой прослойкой, которая усилит эффект и ускорит цикл зарядки. Ожидается, что проект завершится в течение двух лет.

Глава проекта Leif Asp дает оценку, что такая батарея может достичь плотности энергии 75 Вт-ч/кг и жесткости 75 ГПа. Это сделало бы её прочной, как алюминий, при сравнительно меньшем весе.

«Структурированная батарея имеет фантастический потенциал. Если посмотреть с потребительской точки зрения, то через несколько лет вполне возможно произведут смартфоны, ноутбуки или электрические велосипеды, которые весят вдвое меньше, чем существующие модели». А в более долгосрочной перспективе технология будет использоваться при производстве электромобилей, электрических самолетов и космических спутников.

Свежая статья, посвященная работе ученых, опубликована в научном журнале Advanced Energy & Sustainability Research [1].

 

Ссылки:

1. https://doi.org/10.1002/aesr.202000093

 

Источник: Chalmers University of Technology

0.00%
0 0
 Теги:

Публикации на похожую тему:

Применение геотермальных тепловых насосов для отопления

Применение геотермальных тепловых насосов для отопления

Обновлено: 04.01.2020
 1725
Алюминиевый или биметаллический радиатор отопления

Алюминиевый или биметаллический радиатор отопления

Обновлено: 08.09.2019
 1055
Фото с сайта: https://ihodl.com

Защита от эрозии лопастей ротора ветряного генератора

Обновлено: 04.01.2020
 851

Комментарии ()

    Написать комментарий

    Недавние публикации

    Звуковые эффекты в зданиях напрямую зависят от материалов, из которых сделаны потолки, стены, двери и другие ограждающие конструкции. Фото: Rockfon

    Звукопоглощение, звукоизоляция и фоновый шум в зданиях

    Обновлено: 26.07.2022  636
    Тепло выделяется из оксида марганца, когда молекулы воды поглощаются слоистой структурой. Ⓒ Norihiko L. Okamoto

    Вода усиливает способность материала поглощать и отдавать тепло

    Обновлено: 21.04.2022  641
    Струи пламени нагревают теплообменник в печи с принудительной подачей разогретого воздуха в систему отопления. Service Champions

    Отопительные печи с принудительной подачей воздуха в помещение

    Обновлено: 07.05.2022  606

    Популярные категории

    • Новости, обзоры, события113
    • Альтернативная энергия57
    • Вентиляция и кондиционирование28
    • Энергоэффективность и энергосбережение44
    • Оборудование и материалы85

    Разместить статью

    Портал TEPLOKARTA.RU доступен в Google Play

    Ссылки:

    • Контакты
    • Разместить статью
    • Конфиденциальность
    VK Telegram

    © 2023 Россия. Копировать без ссылки запрещено.  TEPLOKARTA.RU

    Отправить сообщение об ошибке?

    Ошибка:
    Выделите опечатку и нажмите Ctrl + Enter, чтобы отправить сообщение об ошибке.