Структурная, или конструкционная батарея сочетает функции накопителя энергии со способностью выдерживать существенные нагрузки. Они могут увеличивать запас хода автомобилей и других видов транспорта, не занимая лишнего пространства. Группа ученых из Швеции разработала батарею с рекордно высоким модулем упругости. Она показала плотность энергии 30 Вт*ч/кг, модуль упругости в направлении, параллельном расположению волокон, превысил 76 ГПа. А эффективность накопления и выделения заряда — почти 100% даже после 1000 циклов.
В 2018 команда профессора Лейфа Аспа из Технологического университета Чалмерс создала удачный прототип структурной батареи со сбалансированным сочетанием механической прочности углеволокна и электрохимических свойств. После нескольких лет экспериментов с материалами для электродов ученым удалось существенно повысить плотность энергии по массе, представив в 2024 году новейшее поколения структурной батареи.
Отрицательный электрод в новой батареи изготовлен из тонких слоев ткани, сплетенной из тончайших нитей углеволокна, пишет Physics World. Такой подход увеличивает и механическую прочность, и электропроводность батареи. Для того чтобы литий-железо-фосфатный положительный электрод не ограничивал механическую прочность батареи, на этот раз ученые использовали углеволокно и для этого электрода.
«Это третье поколение, и первая структурная батарея полностью из волокон, как мы всегда и хотели, — сказал Асп. — Использование углеволокна для обоих электродов повышает модуль упругости батареи, не ограничивая плотность энергии».
Для этого они покрыли поверхность волокон слоем литий-железо-фосфата методом электрофореза: заряженные частицы, растворенные в жидкости, наносятся на подложку при помощи электрических полей. Вдобавок ученые использовали для повышения плотности энергии целлюлозный разделитель. Все эти компоненты были погружены в электролит и залиты эпоксидной смолой.
В итоге батарея показала плотность энергии 30 Вт*ч/кг, модуль упругости в направлении, параллельном расположению волокон, превысил 76 ГПа. Для структурных батарей это рекордный показатель. Эффективность накопления и выделения заряда — почти 100% даже после 1000 циклов.
Теперь исследователи собираются разработать батарею с упругостью свыше 100 ГПа и плотностью энергии более 50 Вт*ч/кг.
Шведский стартап Sinonus разработал инновационный материал на основе графитовых нитей, способный накапливать электроэнергию. Материал одновременно выступает и структурным компонентом, и аккумулятором, устраняя необходимость в отдельных батареях.
