“无质量”碳纤维电池可兼作结构部件

2021-04-27 05:17:12
纺织科学研究 2021年4期
关键词:碳纤维结构质量

从电动汽车到无人机,电池在能量密度和自身重量上一直难以得到很好的平衡。据报道,来自查尔默斯理工大学的研究团队在“无质量”碳纤维电池项目上取得了重大突破,特点是通过让电池兼作结构部件,以减轻整车的设计重量。

研究人员介绍,该电池由碳纤维制成的负极和磷酸锂铁涂覆铝箔制成的正极组成,两者被用作结构电解质基质的玻璃纤维织物隔开。这样既可以像常规电池一样在电极之间传输锂离子,又有助于将机械负载分散到结构的不同部分,可以称之为“无质量”的储能设备。如果用这种电池取代经典的锂离子电池,并将之集成到电动汽车中,则整车重量有望极大减轻。只需消耗更少的能量,便可驱动电动汽车的行进。从理论上来说,这种新型电池确实可以摆脱传统电池的部分缺点,不给车辆增加任何“额外”的重量,是理想的供电材料;在实际应用中,其能量密度仅为24 Wh/kg,约为当前锂离子电池的20%;材料刚度25 GPa,可与其他常用材料相媲美。

项目负责人表示,在性能提升10倍后,研究团队开始将精力放到其他新目标上,比如计划使用碳纤维代替正极中的铝材料,以进一步提升能量和机械性能。此外用更薄的材料取代玻璃纤维织物,以实现更快充电。预计此类电池有望达成75 Wh/kg的能量密度和75 GPa的刚度(与铝材相当),但重量却要轻得多。可以说,从电动汽车到消费电子产品,该新型电池的潜力非常大。


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