Multi-hagnýtur koltrefja burðarvirki rafhlaða þróað með góðum árangri! Búist er við að drægni rafbíla aukist um 70%.
Þegar bílar, flugvélar, skip eða tölvur eru gerðar úr efni sem getur þjónað bæði sem rafhlaða og burðarvirki mun þyngd þeirra og orkunotkun minnka verulega. Samkvæmt blaði sem birt var 10. í nýjasta hefti afHáþróuð efni, hefur rannsóknarteymi frá Chalmers Tækniháskólanum í Svíþjóð tekið framförum í "massalausri orkugeymslu" og þróað fjölnota rafhlöðu úr koltrefjum. Þessi rafhlaða gæti helmingað þyngd fartölva, gert snjallsíma jafn þunna og kreditkort eða aukið drægni rafbíla um 70% á einni hleðslu.
Ricardo Chaudhry, vísindamaður við Chalmers Tækniháskólann, sagði að burðarrafhlaðan sem þeir þróuðu sé gerð úr samsettum koltrefjaefnum, með stífleika sem er sambærileg við áli og nægilega orkuþéttleika til notkunar í atvinnuskyni. Byggingarrafhlaða er efni sem getur bæði geymt orku og borið álag. Að gera rafhlöðuefni að órjúfanlegum hluta af raunverulegri uppbyggingu vörunnar þýðir að vörur eins og rafknúin farartæki, drónar, handtæki, fartölvur og snjallsímar geta náð minni þyngd.
Rafknúin farartæki eru að miklu leyti háð stórum litíumjónarafhlöðum fyrir langferðir. Vísindamenn við Chalmers Tækniháskólann vildu kanna hvort þeir gætu búið til rafhlöðu sem þjónar sem burðarefni til að halda ökutækinu saman en jafnframt draga úr þyngd. Sem hluti af verkefninu „massalausa orkugeymsla“ þróaði sænska rannsóknarteymið rafhlöðu úr samsettum koltrefjum. Þessi rafhlaða er svipuð hörku og áli og getur geymt talsverða orku, sem gerir hana hæfilega til notkunar í atvinnuskyni
Gert er ráð fyrir að koltrefja rafhlöður geymi orku og styðji álag svipað og ál rafhlöður.
Reyndar eru koltrefjar þekktar fyrir ótrúlega létta, mikla styrk og mikla stífni, sem gerir það að vinsælu vali í byggingar- og fagurfræðilegu efni afkastamikilla farartækja. Þrátt fyrir háan kostnað er það einnig mikilvægt efni í geimferðum, þar sem hvert gramm skiptir máli. Hins vegar, ef hannað er með rafefnaverkfræði í þessum tilgangi, getur það einnig þjónað sem áhrifaríkt rafskautsefni. Leif Asp, prófessor, hefur Chalmers teymið rannsakað þetta svæði í mörg ár og birti rannsókn árið 2018 sem sýndi fyrst fram á þennan eiginleika koltrefja með ákveðnu kristalfyrirkomulagi.
Vísindamennirnir Xia Zhenyuan, Ricardo Chaudhry og prófessor Leif Asp hafa rannsakað hugmyndina um massalausa orkugeymslu í mörg ár.
Orkuþéttleiki nýju rafhlöðuhönnunarinnar er 30 Wh/kg, sem er ekki sérstaklega hátt miðað við bílastaðla. Til viðmiðunar er nafnorkuþéttleiki 53 kWh rafhlöðupakka Hyundai Ioniq 6 153 Wh/kg (PDF). Hins vegar sýnir þessi tala aðeins orkuþéttleika rafhlöðupakkans sem er í kassa; fyrir sanngjarnan samanburð verður einnig að taka tillit til þyngdar alls ökutækisins. Hönnun þessarar rafhlöðu úr koltrefjum miðar að því að skipta um allan undirvagninn, draga úr heildarþyngd ökutækisins en losa um pláss.
Framleiðendur rafbíla og tækja geta nýtt sér þessa nýju jöfnu til að annað hvort draga verulega úr vöruþyngd eða nota losað pláss til að bæta við fleiri rafhlöðum og auka þannig heildarorkugeymslugetu.
Þessar niðurstöður gætu verið byltingarkenndar í reynd. Asp sagði: "Við gerðum útreikninga á rafknúnum ökutækjum og niðurstöðurnar benda til þess að ef rafbílar tækju upp samkeppnishæfar rafhlöður gæti aksturstími þeirra lengist um 70% miðað við núverandi gerðir."
Hörku nýjustu frumgerð liðsins er næstum þrisvar sinnum meiri en fyrri endurtekningar, þar sem teygjustuðullinn eykst úr 25 GPa í 70 GPa. Liðið heldur því fram að hörku þess og burðargeta sé nú sambærileg við áli, en það er mun léttara.
Þessi rafhlöðuhönnun notar koltrefjar bæði í rafskautinu og bakskautinu, sem einnig þjónar til að styrkja og leiða rafmagn. Þar af leiðandi er engin þörf fyrir þung efni eins og kopar til að búa til straumsafnara, né er krafa um að nota átakamálma eins og kóbalt í rafskautshönnuninni.
Þessi rafhlöðuhönnun notar koltrefjaefni fyrir bæði rafskautið og bakskautið.
Að auki notar þessi rafhlaða hálffast raflausn í stað fljótandi raflausn til að auðvelda hreyfingu litíumjóna á milli skautanna. Þar af leiðandi er það minna eldfimt og öruggara í notkun - þó að rannsóknarteymið viðurkenni að enn séu áskoranir í því að leyfa jónum að fara hratt í gegnum raflausnina til að mæta kröfum um háa orkunotkun. Það er þörf á frekari rannsóknum á þessu sviði.
Reyndar er þetta bara enn ein frumgerð rafgeymisins, þannig að það mun taka nokkur ár í viðbót að þróa þessa næstu kynslóð rafknúinna farartækja og tæki. Hins vegar er stórframleiðsla og markaðssetning þegar hafin. Strax árið 2022 gekk háskólinn í samstarf við áhættufjármagnsfyrirtækið Chalmers Ventures í Gautaborg um að stofna nýtt fyrirtæki sem heitir Sinonus. Þetta fyrirtæki skipaði nýjan forstjóra í júní á þessu ári til að knýja fram markaðssetningu massalausrar orkugeymslu, sem gæti breytt því hvernig við framleiðum bíla, græjur og jafnvel vindmyllublöð.
Asp sagði: "Við getum séð fyrir okkur farsíma sem eru eins þunnir og kreditkort eða fartölvur sem vega aðeins helming af því sem þeir gera núna að vera næstir hvað varðar tímalínu. Íhlutir eins og rafeindatækni í bílum eða flugvélum gætu einnig verið knúnir af burðarvirkjum. Þetta mun kalla á umtalsverða fjárfestingu til að mæta krefjandi orkuþörf flutningaiðnaðarins, en það er þar sem tæknin getur haft mest áhrif.“
