Энергетика, природные ресурсы, инженерные системы
Информационный портал ТЕПЛОКАРТА
 
  • Главная
  • Рейтинг оборудования
  • Термины и определения
  • О портале
Большой прорыв в области «безмассового» хранения энергии
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
25.03.2021 151

«Структурированная батарея имеет фантастический потенциал. Если посмотреть с потребительской точки зрения, то через несколько лет вполне возможно будут производить смартфоны, ноутбуки или электрические велосипеды, которые будут весить вдвое меньше, чем существующие модели и быть намного компактнее»

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 ее применение может значительно снизить 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 следующего поколения имеет фантастический потенциал. Если посмотреть с потребительской точки зрения, то через несколько лет вполне возможно будут производить смартфоны, ноутбуки или электрические велосипеды, которые будут весить вдвое меньше, чем существующие модели и быть намного компактнее». 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

 Теги: #Аккумуляторные батареи #Материалы #Накопители энергии #Углеродные волокна

Публикации на похожую тему:

Солнечный коллектор для аккумулирования тепловой энергии

Солнечный коллектор для аккумулирования тепловой энергии

07.01.2019
627
Геотермальные тепловые насосы, виды и применение

Геотермальные тепловые насосы, виды и применение

12.03.2019
528
Твердый электролит для улучшения литий-ионных батарей

Твердый электролит для улучшения литий-ионных батарей

25.10.2019
925

Комментарии ()

    Написать комментарий

    Недавние публикации

    Первая отгрузка корпуса реактора ВВЭР-ТОИ для Курской АЭС-2

    Первая отгрузка корпуса реактора ВВЭР-ТОИ для Курской АЭС-2

    17.04.2021 45
    Самая высокая градирня в России на следующем этапе строительства

    Самая высокая градирня в России на следующем этапе строительства

    14.04.2021 51
    Биологическая вторичная переработка высокотехнологичных отходов

    Биологическая вторичная переработка высокотехнологичных отходов

    12.04.2021 88

    Популярные категории

    • Водоснабжение и водоотведение23
    • Ядерная энергетика6
    • Вентиляция и кондиционирование21
    • Оборудование и материалы68
    • Системы отопления и охлаждения49

    Разместить статью

    Портал TEPLOKARTA.RU доступен в Google Play

    Ссылки:

    • Контакты
    • Разместить статью
    • Конфиденциальность
    Facebook Twitter Instagram VK Telegram

    © 2021 Копировать без ссылки запрещено,  TEPLOKARTA.RU