多機能炭素繊維構造電池の開発に成功！電気自動車の航続距離が 70% 増加すると予想されています。

炭素繊維電池は、アルミニウム電池と同様にエネルギーを貯蔵し、負荷をサポートすると期待されています。

実際、カーボンファイバーはその驚異的な軽量性、高強度、高剛性で知られており、高性能車の構造材料および美観材料として人気があります。高コストであるにもかかわらず、1グラムが重要な航空宇宙用途においても重要な材料です。ただし、この目的のために電気化学工学を使用して設計すれば、効果的な電極材料としても機能します。レイフ・アスプ教授率いるチャルマーズチームは長年にわたってこの分野の研究を行っており、特定の結晶配列を持つ炭素繊維のこの特性を初めて実証した研究を2018年に発表した。

研究者のXia Zhenyuan氏、Ricardo Chaudhry氏、Leif Asp教授は、長年にわたって質量のないエネルギー貯蔵の概念を研究してきました。

新しいバッテリー設計のエネルギー密度は 30 Wh/kg ですが、自動車の基準からすると、それほど高い値ではありません。参考までに、Hyundai Ioniq 6 の 53 kWh バッテリー パックの定格エネルギー密度は 153 Wh/kg (PDF) です。ただし、この数値はボックスに収納されたバッテリー パックのエネルギー密度のみを表しています。公平に比較​​するには、車両構造全体の重量も考慮する必要があります。このカーボンファイバー構造バッテリーの設計は、シャーシ全体を置き換えることを目的としており、スペースを確保しながら車両全体の重量を軽減します。

電気自動車および電気機器のメーカーは、この新しい方程式を活用して、製品の重量を大幅に削減するか、空いたスペースを利用してバッテリーを追加して、全体的なエネルギー貯蔵容量を向上させることができます。

これらの結果は、実際には革命的なものとなる可能性があります。 Aspは「電気自動車について計算を行った結果、もし電気自動車が競争力のある構造電池を採用すれば、現行モデルに比べて走行時間が70％延長できることがわかった」と述べた。

チームの最新のプロトタイプの硬度は以前の試作品のほぼ 3 倍であり、弾性率は 25 GPa から 70 GPa に増加しています。研究チームは、その硬度と耐荷重能力はアルミニウムに匹敵するようになったが、はるかに軽いと主張している。

この電池設計では、アノードとカソードの両方に炭素繊維が使用されており、電気を強化して伝導する役割も果たします。その結果、集電体を作成するために銅などの重い材料を使用する必要がなく、電極設計にコバルトなどの紛争金属を使用する必要もありません。

この電池設計では、アノードとカソードの両方に炭素繊維材料が使用されています。

さらに、この電池は端子間のリチウムイオンの移動を容易にするために、液体電解質の代わりに半固体電解質を採用しています。その結果、引火性が低くなり、より安全に使用できるようになりました。ただし、研究チームは、高出力アプリケーションの要求を満たすためにイオンが電解質を迅速に通過できるようにするにはまだ課題があることを認めています。この分野ではさらなる研究が必要です。

実際、これは単なる研究室のプロトタイプバッテリーにすぎないため、これらの次世代の電気自動車やデバイスの開発にはさらに数年かかるでしょう。しかし、大規模な生産と商業化はすでに進行中です。早ければ2022年に同大学はヨーテボリのベンチャーキャピタル会社チャルマーズ・ベンチャーズと提携し、シノナスという新会社を設立した。この企業は、自動車、機器、さらには風力タービンのブレードの製造方法を変える可能性がある、質量のないエネルギー貯蔵の商業化を推進するために、今年 6 月に新しい CEO を任命しました。

Asp 氏は、「クレジット カードと同じくらい薄い携帯電話や、現在の重量の半分しかないラップトップが、タイムラインの観点から最も近いものになると想像できます。車や飛行機の電子機器などのコンポーネントも、構造的なエネルギーで駆動される可能性があります。」輸送業界の厳しいエネルギー需要を満たすには、多大な投資が必要ですが、この技術が最も大きな影響を与える可能性があるのです。」