Composieten voor structurele batterijen

Een van de problemen waarmee ingenieurs worden geconfronteerd bij de ontwikkeling van elektrische voertuigen (EV's) is de hoeveelheid batterijen die nodig is om de motoren van stroom te voorzien. De batterijen zijn zwaar. Dit betekent dat om bereik te krijgen - een van de meest vereiste functies voor een EV - er voldoende batterijcapaciteit moet zijn ... maar dit wordt een soort vicieuze cirkel, aangezien meer batterij meer massa betekent en meer massa een kleinere actieradius.

Onderzoekers van de Chalmers University of Technology in Zweden hebben een batterij ontwikkeld die een oplossing voor dit probleem zou kunnen zijn, omdat deze niet alleen energie opslaat (24 wattuur per kilogram), maar ook structurele ondersteuning biedt, aangezien hij een stijfheid heeft van 25 GPa.

Leif Asp, professor aan Chalmers en leider van het onderzoeksproject, dat wordt uitgevoerd in samenwerking met het KTH Royal Institute of Technology (Stockholm, Zweden), zei:"Eerdere pogingen om structurele batterijen te maken hebben geleid tot cellen met ofwel goede mechanische eigenschappen , of goede elektrische eigenschappen. Maar hier zijn we er met koolstofvezel in geslaagd een structurele batterij te ontwerpen met zowel een concurrerende energieopslagcapaciteit als stijfheid.”

In een paper in Advanced Energy and Sustainability Research (vol. 2, nummer 3), Asp en zijn co-auteurs beschrijven de batterij:

"Het structurele batterijcomposiet bestaat uit een CF [koolstofvezel] negatieve elektrode en een door aluminiumfilm ondersteunde positieve elektrode gescheiden door een GF [glasvezel] separator in een SBE [structureel batterijelektrolyt] matrixmateriaal. Bijgevolg fungeren de CF's als gastheer voor Li (d.w.z. actief elektrodemateriaal), geleiden ze elektronen en versterken ze het materiaal. Evenzo biedt de positieve elektrodefolie een gecombineerde mechanische en elektrische functionaliteit. De SBE vergemakkelijkt Li‐ion transport en brengt mechanische belastingen over tussen vezels, deeltjes en lagen. Twee soorten GF-stofscheiders, een Whatman GF/A en een GF-platbinding, worden gebruikt als modelmaterialen om de effecten van scheidingsdikte en architectuur, evenals materiaalanisotropie, op de multifunctionele prestaties te onderzoeken.”

Momenteel werken ze aan een nieuwe structurele batterij waarbij de aluminiumfilm wordt vervangen door koolstofvezel en het gebruik van een dunnere glasvezelscheider.

Asp zei dat hij verwacht dat verder onderzoek zal resulteren in een batterij met een energiedichtheid van 75 wattuur per kilogram en een stijfheid van 75 GPa.

"Als je kijkt naar consumententechnologie," zei Asp, "zou het heel goed mogelijk zijn om binnen een paar jaar smartphones, laptops of elektrische fietsen te maken die de helft minder wegen dan tegenwoordig en veel compacter zijn."