又能作为承重结构的材料制造时,其重量和能源消耗将大幅度的降低。据10日发表在最新一期《先进材料》杂志上的论文,瑞典查尔姆斯理工大学研究团队在“无质量可以将笔记本电脑的重量减半,使手机像信用卡一样薄,或者将电动汽车单次充电的续航能力提高70%。
查尔姆斯理工大学研究员里卡·乔杜里表示,他们研发出的这种结构电池由复合材料制成,其刚度与铝相当,且单位体积内的包含的能量足以商业化应用。结构电池是一种既能储存能量又能承载负荷的材料。让电池材料成为产品实际构造的一部分,意味着在电动汽车、无人机、手持工具、笔记本电脑和手机等产品上能轻松实现更小的重量。
2018年,该团队首次证明,刚性和硬度都很高的可通过化学方式储存电能,作为锂离子电池电极。这项研究引起广泛关注,也被《物理世界》杂志评为当年十大突破性成果之一。
此后,研究团队逐步发展了其概念,提高了电池刚度和单位体积内的包含的能量,在2021年将电池的单位体积内的包含的能量提高到每千克24瓦时(Wh/kg),相当于同类锂离子电池容量的20%左右。而此次,他们将单位体积内的包含的能量提升至30Wh/kg。尽管这仍然低于当前常用电池,但效果却大不相同。当电池成为结构的一部分,并能由轻质材料制造成,整车重量就能大幅度的降低。这样一来,电动汽车所需的能量就会大大减少。
研究人员对电动汽车进行了计算,结果显示,如果配备新的结构电池,续航里程将比现在增加多达70%。结构电池单元的刚度也明显提高,以吉帕(GPa)为单位的弹性模量从25增加到了70。这在某种程度上预示着该材料可以像铝一样承载负荷,但重量更轻。
研究人员表示,从多功能性角度来看,新电池的性能优于上一代电池两倍,是世界上迄今为止最好的电池。然而,在电池单元从小规模实验室制造走向大规模生产、应用于科学技术产品或车辆之前,还需进行大量工程工作。