Углеродные волокна могут хранить энергию в теле транспортного средства

Исследование, проведенное под руководством сотрудников Технологического университета Чалмерса, Швеция, показало, что углеродные волокна могут действовать как электроды батареи и хранить энергию напрямую.

Выводы проекта открывают новые возможности для структурных аккумуляторов, где углеродные волокна становятся частью энергетической системы, сообщает eurekalert.org. Использование таких многофункциональных материалов позволит существенно снизить вес самолетов и автомобилей будущего – ключевой вопрос электрификации.

Профессор Лейф Асп из Технологического университета Чалмерса исследовал способность углеродных волокон выполнять больше задач, чем армирование конструкции. Оказалось, материал может хранить энергию.

«Кузов машины в этом случае будет не просто несущим элементом, а выступит в роли батареи, — сказал специалист. – Углеродное волокно можно будет использовать и для других задач, вроде сбора кинетической энергии. Если все эти функции будет выполнять корпус самолета, снижение его веса достигнет 50%».

Асп возглавил исследовательскую группу, показавшую, как микроструктура углеродных волокон влияет на электрохимические свойства. Ранее этот вопрос не изучался. Команда рассмотрела структуру различных типов углеродного волокна, представленных в продаже. Анализ показал, что материал с маленькими, слабо ориентированными кристаллами имеет хорошие электрохимические свойства, но меньшую жесткость в относительном выражении. Волокна с крупными, направленными кристаллами, соответственно, не подходят для структурных батарей.

«Теперь мы знаем, как изготавливать многофункциональные углеродные структуры, отличающиеся прочностью и способностью хранить энергию, — сказал специалист. — Небольшое снижение жесткости – небольшая проблема для многих решений, вроде автомобилей».

Жесткость волокон с хорошими электрохимическими свойствами была чуть выше, чем у стали. Материал, не подходящий для батарей, был в 2 и более раз жестче.

Исследователи сотрудничали с представителями автомобильной и авиационной промышленности. Для самолетов, по словам Аспа, может потребоваться увеличение толщины композитов из углеродных волокон для компенсации снижения жесткости. Одновременно повысится и энергоемкость батарей.

«Ключ к успеху – оптимизация транспорта на системном уровне, основанная на весе, прочности, жесткости и электрохимических свойствах. Это – новый подход для автомобильного сектора, обычно улучшающего отдельные компоненты. Структурные батареи могут по эффективности быть хуже традиционных аналогов, но приносить больше пользы системе в целом, — объяснил Асп. — Так, они будут более безопасными и не станут содержать воспламеняющихся компонентов».