查爾姆斯理工大學(xué)與瑞典皇家理工學(xué)院(KTH)合作研發(fā)出一種新型結(jié)構(gòu)電池，性能是之前結(jié)構(gòu)電池的10倍。該電池使用了碳纖維材料，并將其同時(shí)用于電極、導(dǎo)體和承重材料中。其成功研發(fā)為汽車和其他技術(shù)實(shí)現(xiàn)真正的“無(wú)質(zhì)量(massless)”能量存儲(chǔ)鋪平了道路。
電池重量在電動(dòng)汽車的總重中占比很大，且無(wú)任何承重功能。而結(jié)構(gòu)電池既可以提供動(dòng)力，也可以作為汽車的結(jié)構(gòu)部件。這種電池就是“無(wú)質(zhì)量”能量存儲(chǔ)，即當(dāng)電池可作為承重結(jié)構(gòu)部件時(shí)，其質(zhì)量可以忽略不計(jì)。計(jì)算結(jié)果表明，這種多功能電池可大大減輕電動(dòng)汽車的重量。查爾姆斯理工大學(xué)已對(duì)結(jié)構(gòu)電池進(jìn)行了多年研究，之前還發(fā)現(xiàn)了很多其他類型的碳纖維，它們不僅堅(jiān)固強(qiáng)大，且具有良好的化學(xué)儲(chǔ)能能力。
2007年，研究人員首次嘗試開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)電池，可迄今為止也未研發(fā)出兼具良好電氣性能和機(jī)械性能的電池。但最近，結(jié)構(gòu)電池研發(fā)取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。查爾姆斯理工大學(xué)與瑞典皇家理工學(xué)院(KTH)合作研發(fā)出一種結(jié)構(gòu)電池，能量存儲(chǔ)、剛度和強(qiáng)度均超出現(xiàn)有產(chǎn)品，其多功能性能是之前結(jié)構(gòu)電池的10倍。
該電池的能量密度為24 Wh / kg，是現(xiàn)有同類鋰離子電池容量的20%。由于該結(jié)構(gòu)電池可大大減輕車輛的重量，因此驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車所需的能量也相應(yīng)減少。此外，低能量密度也提高了車輛安全。該結(jié)構(gòu)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(xué)教授、該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Leif Asp表示：“之前研發(fā)的結(jié)構(gòu)電池電芯要么具備良好的機(jī)械性能，要么具備良好的電氣性能。但通過(guò)使用碳纖維，我們成功設(shè)計(jì)出兼具良好存儲(chǔ)能力和剛性的結(jié)構(gòu)電池。”
新型結(jié)構(gòu)電池的負(fù)極由碳纖維制成，正極由涂有磷酸鋰的鋁箔制成，正負(fù)極由電解質(zhì)基質(zhì)中的玻璃纖維織物隔開(kāi)。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(xù)打破該記錄，而是研究并了解材料結(jié)構(gòu)和隔板厚度所帶來(lái)的影響。
目前，由瑞典國(guó)家航天局(Swedish National Space Agency)資助的新項(xiàng)目正試圖進(jìn)一步提高該結(jié)構(gòu)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(jìn)一步提高剛度與能量密度，同時(shí)縮短充電周期。新項(xiàng)目預(yù)計(jì)在兩年內(nèi)完成。
同為此項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)者Leif Asp預(yù)計(jì)這種結(jié)構(gòu)電池未來(lái)可提供75 Wh/kg的能量密度和75 GPa的硬度，像鋁一樣堅(jiān)固，但要輕得多。Leif Asp表示：“下一代結(jié)構(gòu)電池具有巨大潛力。基于當(dāng)前消費(fèi)類產(chǎn)品技術(shù)，未來(lái)幾年，智能手機(jī)、筆記本電腦和電動(dòng)自行車的重量很可能僅為現(xiàn)在的一半，且更加小巧。”從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，結(jié)構(gòu)電池未來(lái)還將可能為電動(dòng)汽車、電動(dòng)飛機(jī)和衛(wèi)星供電。
關(guān)鍵詞： 新型 結(jié)構(gòu) 電池 性能
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