„Štrukturálna batéria“ sľubuje zvýšenie dojazdu elektromobilov o 70 %

Elektromobily sa pri prekonávaní dlhých vzdialeností vo veľkej miere spoliehajú na veľké lítium-iónové batérie. Švédski výskumníci z Chalmersovej technickej univerzity uvažovali, či by mohli zostrojiť batériu, ktorá by slúžila ako nosný materiál držiaci auto pohromade a znížila by sa tak jej hmotnosť.

Výskumný tím v rámci svojej práce na takzvanom „bezhmotnom skladovaní energie“ vyvinul batériu vyrobenú z kompozitu z uhlíkových vlákien. Sľubuje podobnú tuhosť ako hliník a zároveň dokáže uskladniť dostatok energie. Dosť na to, aby sa dala komerčne využiť.

Uhlíkové vlákno je samozrejme neuveriteľne ľahké, pevné a tuhé. Preto je obľúbeným, aj keď drahým, konštrukčným a exteriérovým materiálom vo výkonných automobiloch, ako aj kritickým materiálom v leteckom priemysle, kde sa počíta každý gram.

Môže však slúžiť aj ako účinný elektródový materiál, ak je na tento účel elektrochemicky upravený. Tím pod vedením profesora Leifa Aspa na tom pracuje už roky, pričom v roku 2018 publikoval štúdiu, v ktorej demonštroval túto vlastnosť uhlíkových vlákien so špecifickým usporiadaním kryštálov.

Nová konštrukcia batérie má energetickú hustotu 30 Wh / kg, čo na pomery automobilového priemyslu nie veľmi dobré. Pre porovnanie, batéria s kapacitou 53 kWh v modeli Hyundai Ioniq 6 má hustotu 153 Wh / kg.

To je však energetická hustota akumulátora umiestneného v krabici. Aby bolo porovnanie spravodlivé, musíte pripočítať hmotnosť celého konštrukčného podvozku vozidla, pretože tento konštrukčný akumulátor z uhlíkových vlákien je navrhnutý tak, aby nahradil celý rám, čím sa výrazne zníži celková hmotnosť vozidla a zároveň sa uvoľní priestor.

Výrobcovia elektrických vozidiel a zariadení si s touto novou technológiou budú môcť robiť, čo chcú, buď sa môžu snažiť o výrazne ľahšie výrobky, alebo uvoľnený priestor zaplniť väčším počtom batériových článkov, aby zvýšili celkové uskladnenie energie.

Výsledky by mohli byť v praxi revolučné. „Vykonali sme výpočty na elektromobiloch, ktoré ukazujú, že by mohli jazdiť až o 70 % dlhšie ako dnes, ak by mali konkurencieschopné konštrukčné batérie,“ hovorí Asp.

Najnovší prototyp je takmer trikrát tuhší ako predchádzajúce iterácie, s modulom pružnosti 70 gigapascalov, čo je výrazné zvýšenie z 25. Tím tvrdí, že je teraz rovnako tuhý a schopný udržať hmotnosť ako hliník, pričom váži oveľa menej.

Konštrukcia batérie využíva uhlíkové vlákna v anóde aj katóde, kde slúžia aj ako výstuž a zberač prúdu. Tým sa v konštrukcii elektród eliminuje potreba prúdových kolektorov z ťažkých materiálov, ako je meď, ako aj konfliktných kovov, ako je kobalt.

Navyše táto batéria používa na presun iónov lítia medzi svojimi pólmi polotuhý elektrolyt namiesto tekutého. Vďaka tomu je menej horľavá a jej používanie je bezpečnejšie. Tím však pripúšťa, že stále existujú určité problémy s dostatočne rýchlym prechodom iónov cez elektrolyt pre aplikácie s vysokým výkonom. V tejto oblasti je potrebný ďalší výskum.

Áno, ide o ďalšiu laboratórnu batériu, a preto sú tieto elektrické vozidlá a zariadenia novej generácie ešte niekoľko rokov vzdialené, ale masová výroba a komercializácia je veľmi blízko.

Ešte v roku 2022 sa univerzita spojila s göteborskou firmou rizikového kapitálu Chalmers Ventures a vyčlenila novú spoločnosť s názvom Sinonus. Spoločnosť v júni vymenovala nového generálneho riaditeľa, aby podporila svoju misiu komercializovať bezhmotové skladovanie energie s cieľom zmeniť spôsob, akým vyrábame autá, zariadenia a dokonca aj lopatky veterných turbín.

„Možno si predstaviť,“ hovorí Asp, “že mobilné telefóny tenké ako kreditná karta alebo notebooky, ktoré vážia o polovicu menej ako dnes, sú bližšie k realite. Mohlo by sa tiež stať, že komponenty, ako je elektronika v autách alebo lietadlách, budú poháňané štrukturálnymi batériami. Bude si to vyžadovať veľké investície, aby sa splnili náročné energetické potreby dopravného priemyslu, ale práve tu by táto technológia mohla priniesť najväčší rozdiel.“