瑞典查爾默斯工業(yè)大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究表明，碳纖維可以用作電池電極，直接存儲能量。這為結(jié)構(gòu)性電池開辟了新的機(jī)會，其中碳纖維已成為能源系統(tǒng)的一部分。這類多功能材料的使用可以大大減輕未來飛機(jī)和車輛的重量，這是電氣化的主要挑戰(zhàn)。

為了用電為動力，客機(jī)必須比今天輕得多。為了延長每次電池充電的行駛距離，減輕重量對于車輛也非常重要。

查爾默斯理工大學(xué)材料與計(jì)算力學(xué)教授Leif Asp對碳纖維執(zhí)行更多任務(wù)的能力進(jìn)行了研究，而不僅僅是簡單地充當(dāng)增強(qiáng)材料。例如，它們可以存儲能量。

他說：“車身將不僅是承重元件，而且還可以充當(dāng)電池。” “碳纖維還可以用于其他目的，例如收集動能，傳感器或能量和數(shù)據(jù)的導(dǎo)體。如果所有這些功能都是汽車或飛機(jī)的一部分，則可以減輕重量，高達(dá)50%。”

Asp領(lǐng)導(dǎo)了一個多學(xué)科的研究人員小組，他們最近發(fā)表了一項(xiàng)研究，研究碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)如何影響其電化學(xué)性能，即它們在鋰離子電池中作為電極的能力。到目前為止，這是一個尚未探索的研究領(lǐng)域。

研究人員研究了不同類型的市售碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)具有小的晶體和不良取向的晶體的碳纖維具有良好的電化學(xué)性能，但相對而言剛性較低。如果將其與具有大的高度取向晶體的碳纖維進(jìn)行比較，則它們具有更高的剛度，但電化學(xué)性能太低，無法用于結(jié)構(gòu)性電池。

“我們現(xiàn)在知道應(yīng)該如何制造多功能碳纖維，以實(shí)現(xiàn)高能量存儲能力，同時又要確保足夠的剛度，” Asp說。“剛度的略微降低對于許多應(yīng)用(例如汽車)而言不是問題。目前市場上昂貴的碳纖維復(fù)合材料占據(jù)主導(dǎo)地位，其剛度適合飛機(jī)用途。因此，碳纖維制造商在這里有一定的潛力來擴(kuò)展其使用范圍。 ”

在研究中，具有良好電化學(xué)性能的碳纖維的剛度略高于鋼，而電化學(xué)性能差的碳纖維的剛度僅是鋼的兩倍。

研究人員正在與汽車和航空業(yè)合作。Leif Asp解釋說，對于航空業(yè)，可能有必要增加碳纖維復(fù)合材料的厚度，以補(bǔ)償結(jié)構(gòu)電池剛度降低的問題。反過來，這也將增加其能量存儲容量。

“關(guān)鍵在于基于重量，強(qiáng)度，剛度和電化學(xué)性能在系統(tǒng)級別優(yōu)化車輛。這是汽車行業(yè)的一種新思維方式，更多地用于優(yōu)化單個組件。結(jié)構(gòu)電池也許它沒有像傳統(tǒng)電池那樣高效，但是由于它們具有結(jié)構(gòu)上的承重能力，因此可以在系統(tǒng)級別獲得很大的收益。”

他繼續(xù)說：“此外，結(jié)構(gòu)電池的較低能量密度將使其比標(biāo)準(zhǔn)電池更安全，特別是因?yàn)樗鼈円膊缓魏螕]發(fā)性物質(zhì)。”