炭素繊維構造バッテリーは、将来的には電気自動車の航続距離を 70% 延ばすことが期待されています。
自動車、飛行機、船舶、コンピューターがバッテリーと耐荷重構造の両方として機能する材料を使用して作られている場合、重量とエネルギー消費を大幅に削減できます。 10日発行の最新号に掲載された論文によると、先端材料、スウェーデンのチャルマーズ工科大学の研究チームは、多機能炭素繊維構造電池を開発することにより、「質量のないエネルギー貯蔵」を進歩させました。このバッテリーは、ラップトップの重量を半分に減らし、スマートフォンをクレジットカードと同じくらい薄くし、1 回の充電で電気自動車の航続距離を 70% 延ばすことができます。
チャルマーズ工科大学の研究者リカ・チョードリ氏は、開発した構造電池は炭素繊維複合材料で作られており、アルミニウムに匹敵する剛性と商業用途に十分なエネルギー密度を備えていると述べた。構造電池は、エネルギーを貯蔵し、負荷に耐えることができる材料です。バッテリー材料を製品の実際の構造に組み込むことは、電気自動車、ドローン、手持ち工具、ラップトップ、スマートフォンの軽量化を実現できることを意味します。
研究チームは2018年、高い剛性と硬度を持つ炭素繊維が電気エネルギーを化学的に蓄え、リチウムイオン電池の電極として機能することを初めて実証した。この研究は広く注目を集め、物理世界その年のトップ10の躍進の1つとして選ばれました。
それ以来、研究チームはコンセプトをさらに発展させ、バッテリーの剛性とエネルギー密度を強化しました。 2021 年には、エネルギー密度を 24 ワット時/キログラム (Wh/kg) まで増加しました。これは、同等のリチウムイオン電池の容量の約 20% です。現在、エネルギー密度は 30 Wh/kg まで向上しています。現在一般的なバッテリーに比べればまだ低いですが、その影響は大きく異なります。バッテリーが構造の一部となり、軽量な素材で作られるようになると、車両全体の重量を大幅に軽減できます。その結果、電気自動車に必要なエネルギーは大幅に減少します。
研究者らは電気自動車について計算を行った結果、新しい構造のバッテリーを搭載した場合、航続距離が現在のレベルと比べて最大70％増加する可能性があることが判明した。構造バッテリーユニットの剛性も大幅に向上し、ギガパスカル (GPa) 単位で測定される弾性率が 25 から 70 に上昇しました。これは、材料がアルミニウムと同様の荷重に耐えることができるが、重量が軽いことを意味します。
研究者らは、多機能の観点から見ると、新しいバッテリーの性能は前世代の2倍であり、現時点で世界最高のバッテリーであると述べています。ただし、バッテリーセルを実験室での小規模な生産から大規模な製造、および技術製品や車両への応用に移行するには、依然としてかなりの量のエンジニアリング作業を行う必要があります。
