Нова aкумулаторна батерия от въглеродни влакна ще може да се вгражда в корпусите на електромобилите, самолетите или перките на ветрогенераторите
Шведският стартъп Sinonus представи революционна разработка – въглероден композит, който не само издържа на натоварвания, но и съхранява енергия и може да бъде част от структурата на различни обекти. Технологията може да намери приложение в много различни индустрии, включително в определени елементи при вятърните турбини, в електрическите превозни средства и авиацията. Благодарение на своята лекота, здравина и гъвкавост, новият материал може да стане основа за разработването на така наречените „структурни батерии“.
Под термина „структурни батерии“ се подразбират материали с такива електрохимични свойства, позволяващи съхранение на енергия, които могат да бъдат вградени в структурата на даден обект и да служат като съставна или неразделна част от него, осигурявайки при това намаляване теглото на обекта.
Новата разработка се основава на използването на специални кристални структури вътре във въглеродните влакна. Те са тези, които осигуряват на материала способността да съхранява енергия. Инженери от Шведския технологичен университет Чалмърс провеждат изследвания в тази насока още от 2007 г., а през 2022 г. с помощта на фирмата за рисков капитал Chalmers Ventures са създали стартъпа Sinonus, който възнамерява да промени подхода към дизайна и функционалността на съвременните устройства и конструкции.
Иновативната акумулаторна батерия се състои от слой от въглеродни влакна, който действа като отрицателен електрод, разделяща стъклена тъкан, която служи като електролитна матрица и придава на продукта необходимата твърдост и подсилен от въглеродни влакна положителен електрод.
Учените определят батерията си като „безтегловна“, тъй като инсталирането й на превозно средство вместо конвенционалните елементи на корпусите теоретично няма да доведе до увеличаване на теглото на цялата конструкция. Засега основният недостатък на батериите от въглеродни влакна е тяхната ниска енергийна плътност. В по-стария вариант на батерията, когато положителният електрод е бил от покрито с железен фосфат алуминиево фолио, тя е била 24 Wh/kg, което е приблизително 5 пъти по-ниско от това на съвременните литиево-йонни батерии. Учените се надяват в усъвършенстваната версия на батерията да постигнат енергийна плътност до 75 Wh/kg и модулна еластичност от 75 GPa. Тоест батерията ще е здрава колкото алуминий, но много по-лека. Използването на тази технология разкрива широки възможности за създаване на превозни средства и потребителска електроника с уникални характеристики.
От Sinonus заявяват, че вече са доказали жизнеспособността на своята концепция, заменяйки в малки електронни устройства батерии от типа ААА със своята композитна батерия. Но за да постигне поставените си амбициозни цели, пред компанията предстои значително да увеличи капацитета на акумулаторната си батерия, първо за устройства от типа на Интернет нещата (IoT) или различна компютърна техника, а като крайна цел – като енергосъхраняващи елементи за въздушни и наземни електрически превозни средства.
За електрическите превозни средства тази технология означава възможност за внедряване на по-леки и и с по-голям капацитет композитни батерии, които ще функционират като част от структурата (например купето на електромобилите или фюзеляжа на електрическо летателно средство ), ще могат да съхраняват повече енергия и да се зареждат по-бързо. Според проведено изследване използването на структурни батерии, базирани на въглеродни влакна, може да увеличи пробега на електрическите превозни средства до 70%. Освен другите преимущества това ще ги направи и по-безопасни, тъй като новият материал не съдържа летливи вещества.
В производството на самолети енергосъхраняващият въглерод ще помогне за намаляване на теглото на летателните апарати, като намали разхода на енергия и ги направи по-екологични. Прилагането на тази технология във вятърната енергетика ще позволи интегрирането на подобни акумулаторните батерии, например, в перките на ветрогенераторите, така че енергията, генерирана по време на силни ветрове, да може да се използва през по-спокойни периоди на затишие.
В момента Sinonus е на етап комерсиализиране на своята технология. Компанията вече има пример за успешно практическо внедряване: техният иновативен композитен материал е използван за създаването на лопатките на хеликоптера Ingenuity на НАСА при мисията на Марс. Според разработчиците техният материал е бил избран от екип от инженери на НАСА заради неговото ултралеко тегло и здравина.
Маркус Зетерстрьом, главен изпълнителен директор на Sinonus, отбелязва, че въвеждането на тази технология ще доведе до значителни промени в най-различни индустрии. Според него комбинирането на структурни и енергийни функции в един материал ще открие нови възможности за създаването на по-леки и по-енергоефективни структури.
„При съхраняването на електрическа енергия във въглеродни влакна може би няма да може да се постигне такава ефективност, каквато имат традиционните батерии, но тъй като нашето решение има и структурна носеща способност, то на системно ниво това може да донесе големи преимущества“, казва Зетерстрьом.
Някои учени са предпазливи оптимисти относно развитието на Sinonus. Те отбелязват, че ефективността на енергосъхраняващия въглерод изисква допълнително проучване. Повечето специалисти обаче не се съмняват в потенциала на новата технология. Може би в близко бъдеще ще видим вятърни турбини, които съхраняват енергия в своите перки, къщи със стени батерии и по-екологични самолети, построени с помощта на този революционен въглероден материал.
