Батериите во денешните електрични автомобили сочинуваат голем дел од тежината на возилата, без притоа да исполнуваат никаква носечка функција. И тука на сцена стапува структурната батерија, која функционира и како извор на енергија и како дел од конструкцијата – на пример, во каросеријата на автомобилот. Ова се нарекува „бестежинско“ складирање на енергија, бидејќи масата на батеријата “исчезнува” кога таа станува дел од носечката конструкција. Пресметките покажуваат дека овој вид мултифункционална батерија може значително да ја намали тежината на електричното возило.

Структурната батерија со конкурентен капацитет за складирање на енергија и цврстина, во својата градба содржи јаглеродни влакна

Развојот на структурни батерии на Техничкиот универзитет Чалмерс е резултат од низа долгогодишни истражувања, вклучително и некои претходни откритија кои вклучуваат и одредени видови јаглеродни влакна. Јаглеродните влакна, освен што се крути и силни, истовремено имаат добра способност хемиски да ја складираат електричната енергија. Во 2018 година Реномираното научно списание Physics World го именуваше ова откритието за едно од десетте најголеми научни достигнувања во таа година. Првиот обид за создавање структурна батерија бил направен уште во 2007 година. Но, производството на батерии со добри електрични и механички својства се покажало тешко. Сè досега.

Истражувачите од Чалмерс, во соработка со Кралскиот технолошки институт во Стокхолм, презентирале структурна батерија со својства што надминуваат сè што е досега видено, во поглед на складирањето електрична енергија, крутост и цврстина. Нејзината мултифункционална изведба е десетпати подобра од претходните прототипови на структурни батерии.

Батеријата има енергетска густина од 24 Wh/kg, што значи капацитет од приближно 20% споредено со литиум-јонските батерии достапни денес на пазарот. Но, со оглед на тоа што таа може значително да ја намали тежината на возилото, тоа ќе троши помалку енергија, додека пак помалата енергетска густина ќе резултира со зголемена безбедност. Со крутост од 25 GPa, структурната батерија може да влезе во трка со добар дел од другите најчесто користени производствени материјали.

Истражувачите со нивната иновација – структурната батерија произведена во Композитната лабораторија на универзитетот Чалмерс

Негативната електрода, анодата, на новата батерија е изработена од јаглеродни влакна, додека катодата е изработена од алуминиумска фолија обложена со литиум железо фосфат. Електродите се одделени со лист од стаклопластика, и смесетни во електролитна матрица. Три структурни батерии се поврзани во серија и ламинирани како дел од поголем композитен ламинат. Секоја од структурните ќелија на батеријата има номинален напон од 2,8 V. Ламинатот има вкупен напон од 8,4 V и крутост во рамнината од нешто повеќе од 28 GPa.

Но, колку и да е голем успехот на создавањето структурна батерија десетпати подобра од сите претходни, при нејзината градба истражувачите не избрале материјали кои би ги рушеле рекорди во ефикасност – главна цел била да се истражат и да се разберат ефектите на архитектурата на материјалот и дебелината на сепараторот. Но затоа во тек е нов проект, финансиран од Шведската национална вселенска агенција, во којшто перформансите на структурната батерија ќе се зголемат уште повеќе.

Алуминиумската фолија ќе биде заменета со јаглеродни влакна како носечки материјал во катодата, со цел да обезбеди зголемена цврстина и густина на енергијата. Сепараторот од стаклопластика ќе биде заменет со ултратенка варијанта, којшто ќе биде поефективен, а истовремено ќе овозможи и побрзи циклуси на полнење. Новиот проект се очекува да биде завршен во рок од две години. Истражувачите проценуваат дека таквата батерија би можела да достигне енергетска густина од 75 Wh/kg и цврстина од 75 GPa. Со тоа батеријата би се покажала цврста колку и алуминиумот, но би имала релативно помала тежина.