多功能碳纖維結構電池研制成功

當汽車、飛機、船艦或計算機采用一種既能作為電池又能作為承重結構的材料制造時，其重量和能源消耗將大大降低。據10日發表在最新一期《先進材料》雜志上的論文，瑞典查爾姆斯理工大學研究團隊在“無質量儲能”研究方面取得進展，開發出一種多功能碳纖維結構電池。這種電池可以將筆記本電腦的重量減半，使手機像信用卡一樣薄，或者將電動汽車單次充電的續航里程提高70%。

研究人員開發出一種由碳纖維復合材料制成的電池，有望使交通工具的重量和能耗將大大降低。圖片來源：查爾姆斯理工大學/亨里克·桑德舍

查爾姆斯理工大學研究員里卡·喬杜里表示，他們研發出的這種結構電池由碳纖維復合材料制成，其剛度與鋁相當，且能量密度足以商業化應用。結構電池是一種既能儲存能量又能承載負荷的材料。讓電池材料成為產品實際構造的一部分，意味著在電動汽車、無人機、手持工具、筆記本電腦和手機等產品上可以實現更小的重量。

2018年，該團隊首次證明，剛性和硬度都很高的碳纖維可通過化學方式儲存電能，作為鋰離子電池電極。這項研究引起廣泛關注，也被《物理世界》雜志評為當年十大突破性成果之一。

此后，研究團隊進一步發展了其概念，提高了電池剛度和能量密度，在2021年將電池的能量密度提高到每千克24瓦時（Wh/kg），相當于同類鋰離子電池容量的20%左右。而此次，他們將能量密度提升至30Wh/kg。盡管這仍然低于當前常用電池，但效果卻大不相同。當電池成為結構的一部分，并且可以由輕質材料制成，整車重量就能大大降低。這樣一來，電動汽車所需的能量就會大大減少。

研究人員對電動汽車進行了計算，結果顯示，如果配備新的結構電池，續航里程將比現在增加多達70%。結構電池單元的剛度也顯著提高，以吉帕（GPa）為單位的彈性模量從25增加到了70。這意味著該材料可以像鋁一樣承載負荷，但重量更輕。

研究人員表示，從多功能性角度來看，新電池的性能優于上一代電池兩倍，是世界上迄今為止最好的電池。然而，在電池單元從小規模實驗室制造走向大規模生產、應用于科技產品或車輛之前，還需進行大量工程工作。

（原標題：無質量儲能技術新進展：多功能碳纖維結構電池研制成功）