Bateri struktur gentian karbon pelbagai fungsi berjaya dibangunkan! Dijangka meningkatkan rangkaian kenderaan elektrik sebanyak 70%.
Apabila kereta, kapal terbang, kapal atau komputer dibuat dengan bahan yang boleh berfungsi sebagai kedua-dua bateri dan struktur galas beban, berat dan penggunaan tenaganya akan berkurangan dengan ketara. Menurut kertas kerja yang diterbitkan pada 10 dalam keluaran terbaruBahan Termaju, pasukan penyelidik dari Universiti Teknologi Chalmers di Sweden telah mencapai kemajuan dalam "penyimpanan tenaga tanpa jisim" dan membangunkan bateri struktur gentian karbon pelbagai fungsi. Bateri ini boleh mengurangkan separuh berat komputer riba, menjadikan telefon pintar nipis seperti kad kredit, atau meningkatkan julat kenderaan elektrik sebanyak 70% dengan sekali cas.
Ricardo Chaudhry, seorang penyelidik di Universiti Teknologi Chalmers, menyatakan bahawa bateri struktur yang mereka bangunkan diperbuat daripada komposit gentian karbon, dengan kekukuhan yang setanding dengan aluminium, dan ketumpatan tenaga yang mencukupi untuk aplikasi komersial. Bateri struktur ialah bahan yang boleh menyimpan tenaga dan menanggung beban. Menjadikan bahan bateri sebagai sebahagian daripada struktur sebenar produk bermakna produk seperti kenderaan elektrik, dron, alatan pegang tangan, komputer riba dan telefon pintar boleh mengurangkan berat badan.
Kenderaan elektrik sebahagian besarnya bergantung pada bateri litium-ion yang besar untuk perjalanan jarak jauh. Penyelidik di Universiti Teknologi Chalmers ingin melihat sama ada mereka boleh mencipta bateri yang berfungsi sebagai bahan menanggung beban untuk memegang kenderaan bersama-sama sambil mengurangkan berat badan. Sebagai sebahagian daripada projek "penyimpanan tenaga tanpa jisim", pasukan penyelidik Sweden membangunkan bateri yang diperbuat daripada komposit gentian karbon. Bateri ini mempunyai kekerasan yang serupa dengan aluminium dan boleh menyimpan sejumlah besar tenaga, menjadikannya sesuai untuk kegunaan komersial
Bateri gentian karbon dijangka dapat menyimpan tenaga dan menyokong beban sama seperti bateri aluminium.
Sememangnya, gentian karbon terkenal dengan ringannya yang luar biasa, kekuatan tinggi dan ketegaran yang tinggi, menjadikannya pilihan popular dalam bahan struktur dan estetik kenderaan berprestasi tinggi. Walaupun kosnya tinggi, ia juga merupakan bahan kritikal dalam aplikasi aeroangkasa, di mana setiap gram dikira. Walau bagaimanapun, jika direka dengan kejuruteraan elektrokimia untuk tujuan ini, ia juga boleh berfungsi sebagai bahan elektrod yang berkesan. Diketuai oleh Profesor Leif Asp, pasukan Chalmers telah meneliti kawasan ini selama bertahun-tahun dan menerbitkan kajian pada 2018 yang pertama kali menunjukkan sifat gentian karbon ini dengan susunan kristal tertentu.
Penyelidik Xia Zhenyuan, Ricardo Chaudhry, dan Profesor Leif Asp telah mengkaji konsep penyimpanan tenaga tanpa jisim selama bertahun-tahun.
Ketumpatan tenaga reka bentuk bateri baharu ialah 30 Wh/kg, yang, mengikut piawaian automotif, tidak begitu tinggi. Sebagai rujukan, ketumpatan tenaga terkadar bagi pek bateri 53 kWj Hyundai Ioniq 6 ialah 153 Wh/kg (PDF). Walau bagaimanapun, angka ini hanya mewakili ketumpatan tenaga pek bateri yang disimpan di dalam kotak; untuk perbandingan yang adil, berat keseluruhan struktur kenderaan juga mesti dipertimbangkan. Reka bentuk bateri struktur gentian karbon ini bertujuan untuk menggantikan keseluruhan casis, mengurangkan berat keseluruhan kenderaan sambil membebaskan ruang.
Pengeluar kenderaan dan peralatan elektrik boleh memanfaatkan persamaan baharu ini sama ada untuk mengurangkan berat produk dengan ketara atau menggunakan ruang kosong untuk menambah lebih banyak bateri, dengan itu meningkatkan kapasiti penyimpanan tenaga secara keseluruhan.
Keputusan ini boleh menjadi revolusioner dalam amalan. Asp menyatakan, "Kami menjalankan pengiraan pada kenderaan elektrik, dan keputusan menunjukkan bahawa jika kenderaan elektrik menggunakan bateri struktur yang kompetitif, masa pemanduannya boleh dilanjutkan sebanyak 70% berbanding model semasa."
Kekerasan prototaip terbaharu pasukan adalah hampir tiga kali ganda daripada lelaran sebelumnya, dengan modulus anjal meningkat daripada 25 GPa kepada 70 GPa. Pasukan itu mendakwa bahawa kekerasan dan kapasiti galas bebannya kini setanding dengan aluminium, tetapi ia jauh lebih ringan.
Reka bentuk bateri ini menggunakan gentian karbon dalam kedua-dua anod dan katod, yang juga berfungsi untuk mengukuhkan dan mengalirkan elektrik. Akibatnya, tidak ada keperluan untuk bahan berat seperti tembaga untuk mencipta pengumpul semasa, dan tidak ada keperluan untuk menggunakan logam konflik seperti kobalt dalam reka bentuk elektrod.
Reka bentuk bateri ini menggunakan bahan gentian karbon untuk kedua-dua anod dan katod.
Selain itu, bateri ini menggunakan elektrolit separa pepejal dan bukannya elektrolit cecair untuk memudahkan pergerakan ion litium antara terminal. Akibatnya, ia kurang mudah terbakar dan lebih selamat untuk digunakan-walaupun pasukan penyelidik mengakui bahawa masih terdapat cabaran dalam membenarkan ion melepasi elektrolit dengan cepat untuk memenuhi permintaan aplikasi berkuasa tinggi. Lebih banyak penyelidikan diperlukan dalam bidang ini.
Sesungguhnya, ini hanyalah satu lagi bateri prototaip makmal, jadi kenderaan dan peranti elektrik generasi akan datang ini akan mengambil masa beberapa tahun lagi untuk dibangunkan. Walau bagaimanapun, pengeluaran dan pengkomersilan berskala besar telah pun dijalankan. Seawal 2022, universiti itu bekerjasama dengan firma modal teroka Chalmers Ventures di Gothenburg untuk menubuhkan syarikat baharu bernama Sinonus. Syarikat ini melantik CEO baharu pada Jun tahun ini untuk memacu pengkomersilan storan tenaga tak berjisim, yang boleh mengubah cara kami mengeluarkan kereta, alat dan juga bilah turbin angin.
Asp menyatakan, "Kami boleh membayangkan telefon bimbit yang nipis seperti kad kredit atau komputer riba yang beratnya hanya separuh daripada apa yang mereka lakukan sekarang menjadi yang paling hampir dari segi garis masa. Komponen seperti elektronik dalam kereta atau kapal terbang juga boleh dikuasakan oleh struktur bateri. Ini memerlukan pelaburan yang besar untuk memenuhi permintaan tenaga yang mencabar dalam industri pengangkutan, tetapi di sinilah teknologi boleh memberi impak yang paling besar."
