“大量”储能的大突破:结构电池比以前版本更好地执行10倍

汽车中的无质量储能

结构电池复合材料不能像锂离子电池那样储存那么多的能量,但有几个特点使它们在汽车和其他应用中非常有吸引力。当电池成为承载结构的一部分时,电池的质量基本上“消失”。资料来源:Yen Strandqvist/Chalmers理工大学

研究人员research-intensive university located in Gothenburg, Sweden that was founded in 1829 following a donation by William Chalmers, a director of the Swedish East India Company. It focuses on technology, science, architecture, and shipping." class="glossaryLink ">查尔摩工业大学已经生产了一个结构电池,比以前的所有版本更好地执行十倍。它含有与电极,导体和承载材料同时用的碳纤维。他们最新的研究突破为基本上“无大量”的车辆和其他技术储能铺平了道路。

当今电动汽车的电池构成了车辆重量的大部分,而无需满足任何承载功能。另一方面,一个结构电池是作为电源和作为结构的一部分的工作电池 - 例如,在车身中。这被称为“无大量”的能量存储,因为本质上,电池的重量在成为承载结构的一部分时消失。计算表明这种类型的多功能电池可以大大减小电动车辆的重量。

Chalmers技术大学结构电池的开发经过多年的研究,包括先前的发现涉及某些类型的碳纤维。除了僵硬和强大之外,它们还具有化学存储电能的良好能力。这项工作被物理世界命名为2018年最大的科学突破之一。

第一次尝试制作结构电池的2007年,但到目前为止还难以制造电池,具有良好的电气和机械性能。

具有记录性能的结构电池

Johanna Xu医生在Chalmers复合实验室中有一个新制造的结构电池,她展示了Leif Asp。该电池由碳纤维电极和由玻璃纤维织物分离的锂铁磷酸铁电极组成,全部浸渍有用于组合机电功能的结构电池电解质。三个结构电池已串联连接并作为较大的复合层压板的一部分层压。每个结构电池具有2.8 V的标称电压。层压材料的总电压为8.4V,平面刚刚超过28GPa的刚度。资料来源:马库斯·弗利诺,查尔默斯理工大学

但现在,在斯德哥尔摩康和斯德哥尔摩的康德尔摩协作,研究人员,在斯德哥尔摩合作,研究人员们向斯德哥尔摩合作迈出了一项实际的一步,在电能储存,刚度和强度方面,斯德哥尔摩的皇家理工学院合作,具有远远超过任何物业的结构电池。它的多功能性能比以前的结构电池原型高十倍。

电池的能量密度为24WH / kg,其电容约为20%,与目前可用的可比较的锂离子电池相比大约20%。但是,由于车辆的重量可以大大降低,因此越差的能量来驱动电动车,例如,较低的能量密度也导致安全性增加。并且由于25 GPA的刚度,结构电池可以真正与许多其他常用的建筑材料竞争。

“以前的制造结构电池的尝试导致具有良好机械性能的细胞,或良好的电性能。但是,在这里,使用碳纤维,我们成功地设计了具有竞争性能量存储能力和刚性的结构电池,“莱夫斯特·阿斯特(Chalmers)和项目领导者教授解释道。

超级轻型电动自行车和消费电子可以很快成为现实

新电池具有由碳纤维制成的负电极,以及由磷酸铁锂涂覆的铝箔制成的正电极。它们在电解质基质中被玻璃纤维织物分开。尽管取得了比以前的所有结构电池更好的成功,但研究人员没有选择尝试和打破记录的材料 - 相反,他们想调查和理解材料架构和分离器厚度的影响。

现在,由瑞典国家空间机构资助的新项目正在进行中,在结构电池的表现将进一步增加。铝箔将用碳纤维作为正电极中的承载材料代替,提供增加的刚度和能量密度。玻璃纤维分离器将用超薄变体替换,这将产生更大的效果 - 以及更快的充电周期。预计新项目将在两年内完成。

Leif Asp,谁也领导了这个项目,估计这种电池可以达到75w / kg的能量密度和75 gpa的刚度。这将使电池与铝一样强,但重量相对较低。

莱夫斯特·阿斯

Leif Asp,查尔默斯理工大学工业与材料科学系教授。他在2010年发表了他的第一篇关于结构电池的论文,现在已经成功地展示了比以往任何结构电池原型高出10倍的多功能性能。资料来源:马库斯·弗利诺,查尔默斯理工大学

“下一代结构电池具有很好的潜力。如果您查看消费者技术,可能在几年内才能制造智能手机,笔记本电脑或电动自行车的重量,其重达一半的一半,并且更紧凑,“莱夫·阿普斯说。

在长期内,绝对可以想象,电动汽车,电动平面和卫星将由结构电池设计和供电。

“我们真的只受到我们的想象力的限制。我们已经收到了许多不同类型的公司的注意力,即在该领域的科学文章的出版物有关。Leif Asp说,在这些轻质多功能材料中,可以理解大量的兴趣。“

参考:Leif E. Asp, Karl Bouton, David Carlstedt, Shanghong Duan, Ross Harnden, Wilhelm Johannisson, Marcus Johansen, Mats K. G. Johansson, Göran Lindbergh, Fang Liu, Kevin Peuvot, Lynn M. Schneider, Johanna Xu and Dan Zenkert, 2021年1月27日先进的能源与可持续发展研究
DOI:10.1002 / AESR.202000093

更多关于:结构电池的研究

结构电池使用碳纤维作为负极,以及磷酸铁涂覆的铝箔作为正极。碳纤维充当锂的宿主,从而存储能量。由于碳纤维也进行电子,因此还避免了对铜和银导体的需要 - 进一步降低重量。碳纤维和铝箔均有助于结构电池的机械性能。将两个电极材料保持在结构电解质基质中用玻璃纤维织物分离。电解质的任务是将锂离子运输在电池的两个电极之间,而且还用于在碳纤维和其他部件之间转移机械负载。

该项目在Chalmers Technology大学和瑞典技术大学两所技术型大学之间进行了合作。电池电解质已经在Kth开发。该项目涉及来自五个不同学科的研究人员:材料力学,材料工程,轻质结构,应用电化学和纤维和聚合物技术。yabovip2021资金来自欧洲委员会的研究计划清洁天空II,以及美国空军。

15评论关于“大众”能源存储的“大突破:结构电池比以前的所有版本更好地执行10倍”

  1. 约翰·保罗·约瑟夫·亨特|3月24日,2021年6:55 AM|回复

    在制作笔记本电脑,智能手机,智能电视和PC壳体之前,请尽快使用此类电池的PC盒侧面面板,如适用于真正的无线能力,以便以真正的无线能力摆脱电源线,只需使用太阳能的人工或真正使用即可。

  2. 伟大的发展。应提高结构电池额定值。这种方法可以应用于许多应用,例如卡车,飞机等。

  3. 手机电池目前提供了保护OLED屏幕和PCB所需的大部分刚度强度。电池的结构刚度部件是为什么它们不再被消费者更换并在手机中粘合。对于手机而言,无抽质电池的能量密度远远太低,并且大多数手持式消费者应用程序,能量密度比强度更为关键。“无阻塞”电池仅在可以在车辆应用中替换结构只能组件时增加值。可释放的胶水还有助于电池的散热能力的手机的热管理。

  4. 氢是下一个美丽的东西!
    适合所有人!
    退出我们的星球并为其他国家带来战争以获得罕见的金属......!戒杀杀人!

    • 足以夸大可再生能源的影响。在环境影响方面,它们在化石燃料前面是轻微的。Michael Moore与他的悲惨和深刻缺陷的电影一起做了所有的孤立,这已被广泛推断出来

  5. 不要打扰车辆,而是使太阳能电池板和外墙或屋顶材料从中制作出来,因此它不会通过崩溃而受到崩溃的影响。

  6. 环境灾难。车辆将成为一次性代替电池更换。

  7. 太棒了,所以当电池没电或损坏时,你可以直接扔掉整辆车。辉煌!多么值得的投资啊!

  8. 你的心是在正确的地方但我不能相信你会天真的认为战争是由欲望引起的金属和其他资产的战争基本上是由人类贪婪和基本的贪婪造成的,当你得到积累财富的人远远超过他们的需求原因绝对凌驾他人之上的权力,你总是会有困难没有办法阻止这种你可以不公正拿走别人的财富,被称为共产主义和社会主义本质上是邪恶的温床。所以当贪婪和嫉妒中的贪欲以及其他基本的致命的罪恶从人类的心中消失时,人们就会停止杀人,我只知道一种方法来做到这一点....
    至少部分问耶稣

  9. 有没有人研究这些电池在燃烧或变得效率低下并且无用之前将运作多长时间,因为整个电池的想法是它们是可更换的?
    这种检查也适用于太空旅行,但是对于卫星探测来说,效率是绝对必要的

  10. 一篇关于科学进步的简单文章怎么会引发如此多的右翼和宗教抨击。这是新的现实吗?科学等于社会主义、共产主义和撒旦

  11. 如果电池是车辆的主要结构部件,在事故或电池随时间磨损后,您如何修复或更换电池?

  12. 有趣的概念不管怎样,你继续用电池来制造汽车的车身,在7到10年内,当电池不再能充电时,你的选择是扔掉整辆车或者更换整个车身。它可能使它环保,但它肯定不友好的钱包。除非电动汽车的性能能与当今的内燃机汽车相媲美,否则它们永远也无法在黄金时期做好准备。也就是说,一次充满电,一秒钟就能行驶至少300英里,更重要的是,充电的时间和加满油箱的时间是一样的。只有越过这两个门槛,电动汽车才能进入黄金时段

  13. 干得好,这些研究人员。文章的作者做得很好:科学传播的好例子。

    你能回收这些材料吗?需要改变什么?

    它们可以用来造船、建筑,甚至桥梁吗?没有生锈,但盐对这些表面有什么影响。任何?

  14. 史蒂夫·诺德奎斯特|3月25日,2021年下午10:49|回复

    碳和玻璃纤维基础很好地加强了重建能力,并且形状在成型而不是以后设定(除非您喜欢Tesla卡车低聚审美。)让您的更好连接器准备...

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