Baterija koja će prepoloviti težinu uređaja

Kada bi automobili, zrakoplovi, brodovi i računala bili izgrađeni od materijala koji funkcionira i kao baterija i kao nosiva konstrukcija, težina i potrošnja energije bi bili smanjeni.

Istraživačka grupa na Tehnološkom sveučilištu Chalmers u Švedskoj sada predstavlja strukturnu bateriju koja bi mogla prepoloviti težinu prijenosnog računala, učiniti mobilni telefon tankim poput kreditne kartice ili povećati domet vožnje električnog automobila do 70 posto s jednim punjenjem.

Istraživači su stvorili bateriju izrađenu od kompozita ugljičnih vlakana koja je čvrsta poput aluminija i dovoljno guste energije da se može koristiti u komercijalne svrhe.

"Baš poput ljudskog kostura, baterija ima nekoliko funkcija u isto vrijeme", kaže Chalmersov istraživač Richa Chaudhary, prvi autor znanstvenog članka objavljenog u časopisu Advanced Materials.

Istraživanje o strukturnim baterijama provodi se mnogo godina u Chalmersu, a u nekim fazama u suradnji s KTH Royal Institute of Technology u Stockholmu. Kada su profesor Leif Asp i kolege objavili svoje prve rezultate 2018. o tome kako kruta, jaka ugljična vlakna mogu kemijski pohraniti električnu energiju, napredak je privukao veliku pozornost. Vijest da ugljična vlakna mogu funkcionirati kao elektrode u litij-ionskim baterijama jako je odjeknula u znanstvenim krugovima, a prestižni Physics World to je postignuće uvrstio među deset najvećih otkrića godine.

Od tada je istraživačka skupina razvijala svoj koncept za povećanje krutosti i gustoće energije. Prethodna prekretnica postignuta je 2021. kada je baterija imala gustoću energije od 24 vat-sata po kilogramu (Wh/kg), što znači otprilike 20 posto kapaciteta usporedive litij-ionske baterije. Sada je to došlo do 30 Wh/kg. Iako je to još uvijek manje od današnjih baterija, uvjeti su prilično drugačiji. Kada je baterija primjerice dio konstrukcije automobila i može biti izrađena od laganog materijala, ukupna težina vozila je znatno smanjena.

"Ulaganje u lagana i energetski učinkovita vozila je samo po sebi razumljivo ako želimo štedjeti energiju i razmišljati o budućim generacijama. Napravili smo izračune za električne automobile koji pokazuju da bi mogli voziti do 70 posto dulje nego danas," kaže voditelj istraživanja Leif Asp, koji je profesor na Odsjeku za industriju i znanost o materijalima u Chalmersu.

Kada je riječ o vozilima, postoje visoki zahtjevi za dizajnom koji mora biti dovoljno čvrst da zadovolji sigurnosne zahtjeve. Tamo je strukturna baterijska ćelija istraživačkog tima značajno povećala svoju krutost, točnije, modul elastičnosti, koji se mjeri u gigapaskalima (GPa), s 25 na 70. To znači da materijal može nositi opterećenja jednako dobro kao i aluminij, ali s manjom težinom.

Od početka je cilj bio postići performanse koje omogućuju komercijalizaciju tehnologije. Paralelno s činjenicom da se istraživanje sada nastavlja, ojačana je veza s tržištem kroz novoosnovanu tvrtku Sinonus AB sa sjedištem u Boråsu u Švedskoj.

Međutim, istraživači kažu da još uvijek treba obaviti puno inženjerskog posla prije nego što baterije prijeđu iz laboratorijske proizvodnje u industrijske pogone.

"Može se zamisliti da su mobilni telefoni ili prijenosna računala tanki poput kreditne kartice, koji teže upola manje od današnjih, najbliži tržištu. Također bi komponente poput elektronike u automobilima ili zrakoplovima mogle napajati strukturne baterije. To će zahtijevati velike investicije kako bi se zadovoljile zahtjevne energetske potrebe transportne industrije, ali tu bi tehnologija mogla učiniti najveću razliku," kaže Leif Asp, koji je primijetio veliki interes automobilske i zrakoplovne industrije.