碳纖維可以將能量存儲在車輛的車身中

由瑞典查爾姆斯理工大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一項研究表明，碳纖維可以作為電池電極，直接儲存能量。這為結(jié)構(gòu)電池開辟了新的機會，碳纖維成為能源系統(tǒng)的一部分。使用這種類型的多功能材料可以有助于顯著減輕未來飛機和車輛的重量 - 這是電氣化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

客機需要比現(xiàn)在輕得多，才能通電。為了延長每次電池充電的行駛距離，減輕重量對于車輛也是非常重要的。

Chalmers技術(shù)大學(xué)材料與計算力學(xué)教授Leif Asp對碳纖維執(zhí)行更多任務(wù)的能力進行了研究，而不僅僅是作為增強材料。例如，它們可以儲存能量。

“車身不僅僅是一個承重元件，而且還可以充當(dāng)電池，”他說。“也可以將碳纖維用于其他目的，例如收集動能，用于傳感器或用于能量和數(shù)據(jù)的導(dǎo)體。如果所有這些功能都是汽車或飛機機身的一部分，這可以減輕重量高達(dá)50%。“

Asp領(lǐng)導(dǎo)了一個多學(xué)科研究小組，他們最近發(fā)表了一項關(guān)于碳纖維微觀結(jié)構(gòu)如何影響其電化學(xué)特性的研究 - 即他們在鋰離子電池中作為電極工作的能力。到目前為止，這是一個尚未開發(fā)的研究領(lǐng)域。

研究人員研究了不同類型的市售碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，具有小且取向不良的晶體的碳纖維具有良好的電化學(xué)性能，但相對而言剛度較低。如果將其與具有大的高度取向的晶體的碳纖維進行比較，它們具有更大的剛度，但電化學(xué)性能太低而不能用于結(jié)構(gòu)電池。

“我們現(xiàn)在知道應(yīng)該如何制造多功能碳纖維以獲得高儲能能力，同時確保足夠的剛度，”Asp說。“對于汽車等許多應(yīng)用來說，剛度的輕微降低并不是問題。市場目前主要是昂貴的碳纖維復(fù)合材料，其剛度適合飛機使用。因此，碳纖維制造商有可能擴大其利用率。 “

在該研究中，具有良好電化學(xué)性質(zhì)的碳纖維的類型具有比鋼稍高的剛度，而其電化學(xué)性質(zhì)差的類型剛剛超過鋼的兩倍。

研究人員正在與汽車和航空業(yè)合作。Leif Asp解釋說，對于航空業(yè)來說，可能有必要增加碳纖維復(fù)合材料的厚度，以彌補結(jié)構(gòu)電池的剛度降低。反過來，這也會增加其儲能能力。

“關(guān)鍵是根據(jù)重量，強度，剛度和電化學(xué)特性優(yōu)化系統(tǒng)級別的車輛。這對汽車行業(yè)來說是一種新的思維方式，它更多地用于優(yōu)化單個組件。沒有像傳統(tǒng)電池那樣高效，但由于它們具有結(jié)構(gòu)承載能力，因此可以在系統(tǒng)級別獲得非常大的收益。“

他繼續(xù)說道，“此外，結(jié)構(gòu)電池的低能量密度將使它們比標(biāo)準(zhǔn)電池更安全，特別是因為它們也不含任何揮發(fā)性物質(zhì)。”