Det handlar om ett strukturellt batteri som påstås var tio gånger bättre än alla tidigare.
Ett strukturellt batteri kan fungera som batteri och samtidigt vara en del av strukturen i till exempel en bilkaross. Det kallas för viktlös energilagring eftersom batteriet inte adderar någon mervikt om det är en del av den bärande konstruktionen. Beräkningar visar att man med den här typen av batterier kraftigt skulle kunna minska vikten på en bil.
Forskningen kring strukturella batterierDet strukturella batteriet använder kolfiber som negativ elektrod. Som motelektrod används en litiumjärnfosfatbelagd aluminiumfolie. Kolfibern agerar värd för litiumet och lagrar på så sätt energin. Eftersom kolfibern även leder elektronerna minskar behovet av strömtilledare av till exempel koppar eller silver, vilket reducerar vikten ytterligare. Både kolfibern och aluminiumfolien bidrar till det strukturella batteriets mekaniska egenskaper. De två elektrodmaterialen hålls separerade av en glasfiberväv i en strukturell elektrolytmatris. Elektrolytens uppgift är att transportera litiumjonerna mellan batteriets båda elektroder, men att också överföra mekaniska laster mellan kolfiber och övriga delar. |
Forskare på Chalmers och KTH har tagit fram ett strukturellt batteri som har betydligt bättre egenskaper vad gäller elektrisk energilagring, styvhet och hållfasthet än alla tidigare alternativ.
– Tidigare försök att göra strukturella batterier har resulterat i celler med endera goda mekaniska eller goda elektriska egenskaper. Här lyckas vi, genom att utnyttja kolfibrer, demonstrera ett strukturellt batteri med konkurrenskraftig energilagringsförmåga och styvhet, säger Leif Asp, professor vid Chalmers och projektledare i ett pressmeddelande.
Batteriet har en energitäthet på 24 Wh/kg, vilket motsvarar cirka 20 procents av kapaciteten hos jämförbara litiumjonbatterier på marknaden idag. Det kan tyckas lite, men eftersom vikten på exempelvis en elbil kan minskas kraftigt behövs inte heller lika mycket energi för att driva den.
Den lägre energitätheten ökar dessutom säkerheten, medan en styvhet på 25 GPa gör att batteriet kan mäta sig med flera andra konstruktionsmaterial.
Redan nu är forskarna i gång med att nytt projekt, finansierat av Rymdstyrelsen, där de ska öka det strukturella batteriets prestanda. Aluminiumfolien som hittills använts kommer att ersättas med en kolfiber som lastbärarande material i den positiva elektroden. Det kommer att ge både ökad styvhet och energitäthet. Glasfiberseparatorn ersätts med en ultratunn variant vilket ger en mycket större effekt och därmed snabbare i- och urladdning. Det nya projektet förväntas vara klart inom två år.
Forskarna bedömer att ett sådant batteri skulle kunna nå en energitäthet på 75 Wh/kg och en styvhet på 75 GPa. Därmed blir batteriet ungefär lika starkt som aluminium fast med en jämförelsevis mycket lägre vikt.
– Nästa generations strukturella batteri har mycket stor potential. Om man ser till konsumentteknik så kommer det att vara fullt möjligt att inom några år tillverka bärbara datorer, smarta telefoner eller elcyklar som väger hälften så mycket som idag, och är mycket mer kompakta. En smartphone skulle till exempel kunna byggas mycket tunn, säger Leif Asp.
På längre sikt kan man även tänka sig att elbilar, elflygplan och satelliter konstrueras och energiförsörjs av strukturella batterier.
Forskningen är publicerad i den vetenskapliga tidskriften Advanced Energy & Sustainability Research (länk).
Projektet drivs i samverkan mellan Chalmers och KTH och det har finansierats av EU genom kommissionens forskningsprogram Clean Sky II, och US Airforce.