新技術
[摘要]近期，查爾莫斯工學院（Chalmers University of Technology）就展示了一種新型的“無質量”電池，這種電池既可以作為動力來源，又可以作為汽車的結構部件。
在如今的電動汽車或電子設備中，電池占據了設備重量的很大一部分，但沒有任何承載功能。因此，科學家們一直在探索一種替代方案，替代傳統的儲能方案，并認為這將是一項重大突破。
近期，查爾莫斯工學院（Chalmers University of Technology）就展示了一種新型的“無質量”電池，這種電池既可以作為動力來源，又可以作為汽車的結構部件。之所以稱之為“無質量”，是因為從本質上講，當電池成為承重結構的一部分時，它的重量就消失了。計算表明，這種多功能電池可以大大減輕電動汽車的重量。
2018年，科學家們發表了一項研究，描述了一種晶體排列正確的碳纖維形式，既能提供汽車結構所需的剛度，又能提供存儲能量所需的電化學性能。作為將這項研究轉化為現實應用的努力的一部分，查爾莫斯工學院的研究小組就生產出了一種碳纖維結構電池。
研究人員表示，這種結構電池的性能比以前所有型號的電池都要好十倍。而由于碳纖維是這項研究的關鍵支柱，這種“無質量”電池就可以同時作為電極、導體和承重材料。
據了解，該電池由一個由碳纖維制成的負極和一個由涂有磷酸鋰的鋁箔制成的正極組成。它們之間由玻璃纖維織物分隔，玻璃纖維織物起到結構電解質基質的作用，既能像傳統電池一樣在電極之間傳輸鋰離子，又能幫助將機械負荷分散到結構的不同部分。
盡管這種“無質量”能量存儲設備確實與傳統電池不同，也不會給車輛增加任何額外的重量（至少在理論上是這樣），但研究人員表示，這確實也涉及到一些妥協。例如，這種電池的能量密度為24 Wh/kg，該團隊指出，這大約是目前鋰離子電池容量的20%。
不過，另一方面，如果將這種電池集成到一輛電動汽車上，以取代典型的鋰離子電池，那輛汽車的重量就會輕得多，因此推動它在地面行駛所需的能量也會更少。至于它的機械性能，研究小組表示，這種材料的剛度為25 GPa，可以與其他常用的建筑材料競爭。
該項目負責人Leif Asp說:“以前制造結構電池的嘗試，要么使電池具有良好的機械性能，要么使電池具有良好的電氣性能。但在這里，我們使用碳纖維，成功地設計出了一種具有競爭力的儲能能力和剛性的結構電池。”
研究人員表示，這種新設計比之前的結構電池性能提高了十倍，但他們很快將注意力轉向了更高的目標。他們研究的下一個階段是用碳纖維替換正電極中的鋁，以進一步提高能量和機械性能，而玻璃纖維織物將被一種更薄的版本取代，以促進更快的充電。
Asp猜測這種電池可以提供高達75 Wh/kg的能量密度和75 GPa的硬度，使其與鋁一樣堅固，但要輕得多。屆時，圍繞電動汽車甚至消費電子產品的可能性將變得非常令人興奮。
“下一代結構電池具有巨大的潛力，”他補充說，“如果你看看消費技術，很有可能在幾年內生產出智能手機、筆記本電腦或電動自行車，它們的重量只有現在的一半，而且體積更小。”
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