电动汽车电池的重量是降低行驶里程的因素之一。 根据科学家的计算,只要去掉电池,续航里程就能增加 70%,除了一个很小的细节,那就是没有电池。 科学家们一直在努力开发一种无质量电动汽车电池,也就是说,这种电池不会增加额外的重量,因为它是汽车结构的一个工作部件。
瑞典查尔姆斯大学的研究小组至少从2007年开始就一直在开发无质量电动汽车电池。关键成分是碳纤维,这种轻质但坚韧的多功能材料也用于制造汽车车身部件。
早期的努力主要集中在调整碳纤维,使其表现得像电池一样。 随后,人们很快想到将这种技术应用于结构元件。 一旦将碳纤维用作导体,典型电动汽车电池中的铜或铝电流收集器也可以省去,从而大大减轻重量。
"利用电池组的容器和电池单元本身的刚性,可以减轻车辆的整体重量。 其优势包括每千瓦时电池组的续航能力更强、操控性更好,以及简化车辆组装(从而降低成本)的巨大潜力,"CleanTechnica 的詹妮弗-森西巴(Jennifer Sensiba)早在 2021 年就指出,当时查默斯团队报告了一个新的里程碑。 这并不像看起来那么简单。 为了实现电气和机械因素的高功能组合,研究人员花费了大量心血。 2021 年的突破来自 KTH 皇家理工学院的合作,该学院生产的无质量电动汽车电池的多任务性能是之前迭代产品的 10 倍。
无质量电动汽车电池的重大里程碑 查莫斯--瑞典皇家理工学院团队报告称,2021 年的能量密度将达到 24 Wh/kg。 如果这看起来相当低,那就是事实。 研究小组计算得出,他们的新型无质量电动汽车电池的容量约为典型锂离子电动汽车电池的 20%。 然而,这些结果足以让人对新一轮的研究充满希望。"但是,由于车辆的重量可以大大减轻,例如,驾驶电动汽车所需的能量就会减少,而且能量密度降低还能提高安全性,"研究小组解释说,"而且,这种结构电池的刚度达到 25 GPa,确实可以与许多其他常用的建筑材料相媲美,"他们补充说。 GPa 是千兆帕斯卡(gigapascal)的缩写,是国际公认的衡量材料抗压能力的单位。 电动汽车电池达到 25 GPa 的硬度是实现项目负责人、查尔默斯大学的 Lief Asp 所描述的 75 GPa 目标的良好开端。 在 75 GPa 的压力下,无质量电动汽车电池将比铝轻得多,但同样坚硬。 Chalmers-KTH 项目的主要目标是探索不同材料之间的相互作用,这也解释了为什么他们只使用碳纤维作为阳极(负极)。 他们使用涂有磷酸锂-铁配方的铝箔作为阴极,分离器由嵌入电解液中的柔性玻璃纤维织物组成。 相关研究发表在Advanced Energy & Sustainability Research杂志上的文章A Structural Battery and its Multifunctional Performance。