Så kan kolfiberkarossen fungera som ett batteri

2018-10-22 06:00  

Forskare vid Chalmers och KTH har tagit fram en multifunktionell kolfiber som kan lagra energi som batterielektroder. Airbus är ett av företagen som är intresserade.

Chalmers leder studien som öppnar nya möjligheter för så kallade strukturella batterier. Tillsammans med KTH har man visat att det går att lagra energi direkt i kolfiber, som batterielektroder. Det innebär att ett lastbärande element i ett en bilkaross också skulle kunna fungera som batteri.

Då tekniken öppnar upp för rejäla viktminskningar är den högintressant för flygindustrin, och Chalmers har ett samarbete med Airbus.

– Det speciella är att vi kan lägga det i interiören eller golvmaterial, som då kan få energilagringsförmåga. Men vi har ett material som är både lastbärande och har en energilagringsförmåga. Man kan lägga det i belastade zoner. Det kan vara en struktur som utsätts för töjningar och andra krafter – och samtidigt vara ett batteri. Vi jobbar nära Airbus, och nästa år ska vi bygga en demonstrator, ett batteri med 100 wattimmar per kilogram, säger Leif Asp, professor i material- och beräkningsmekanik på Chalmers.

Läs mer: Energilager kan bli alternativ till ny kabel i elnätet

KTH har tagit fram katodbeläggningen, som separeras med isolerande fiberglas. Kolfibern kommer även att kunna ta tillvara på rörelseenergi – och agera ledare av både energi och data. Ett flygplan kan ha 4,2 ton kablage, och genom att omdistribuera strömmen så kan man spara in den vikten.

Enligt forskarna skulle vikten på en bilkaross eller ett flygplansskrov kunna halveras om samtliga av materialets funktioner utnyttjades.

Vad skulle det kunna göra på hela bilens vikt?

– En BMW i3 har kolfiberkaross och väger omkring 1 300 kg. Vi tror att man med vårt material skulle kunna komma ned till 1 070 kg. Och när bilen blir så mycket lättare så kan man kanske minska storleken på vissa motorer och bromsar, och då får man verkligen en positiv effekt, säger professorn.

Läs mer: Ny teknik kan lagra solenergi i 18 år

Leif Asp har lett en tvärvetenskaplig grupp av forskare i ett tidigare helt outforskat område. Nyligen publicerade de en studie om hur kolfibrers mikrostruktur påverkar deras elektrokemiska egenskaper.

Elektroderna i ett strukturellt litiumjonbatteri består av kolfibergarn som ligger i ett rutnät i en polymer. Varje tråd består av 24 000 enskilda kolfibrer.

Billigare kolfiber på marknaden

Forskarna upptäckte att kolfiber med små och svagt orienterade kristaller har goda elektrokemiska egenskaper, men lägre styvhet relativt sett. Hos kolfiber med stora och orienterade kristaller är styvheten visserligen högre, men de elektrokemiska egenskaperna är för låga för att kunna användas i strukturella batterier.

Det stora forskningsgenombrottet är att man nu har kommit fram till hur man kan tillverka multifunktionella kolfibrer för att få hög energilagringsförmåga och tillräckligt hög styvhet.

Dessutom är det många användningsområden som inte har behov av den styvhets som krävs inom flygindustrin. Det öppnar marknaden för en billigare kolfiber.

I studien hade kolfibertyperna med goda elektrokemiska egenskaper något högre styvhet än stål, medan den typ som hade för dåliga elektrokemiska egenskaper är drygt dubbelt så styv som stål.

Läs mer: Forskare: ”Elflyg kan stå för hälften av flygresorna 2050”

Säkerhet är alltid på agendan, och enligt professorn skulle den lägre energitätheten hos strukturella batterier troligtvis göra dem säkrare än vanliga batterier, tillsammans med att de inte kommer innehålla några flyktiga ämnen.

Hur ser tidsperspektivet ut för att forskarnas upptäckt når industrin?

– Det kommer gå fort att få in materialet i exempelvis en jacka där man vill ha en pannlampa tänd. Men om det ska användas i karossen till en bil eller i en flygplansvinge så blir perspektivet 5-15 år, säger Leif Asp.

John Edgren

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt