Anglies pluošto baterija padidintų elektrinių automobilių nuvažiuojamą atstumą iki 70 %, taip pat padarytų mobiliuosius telefonus, kompiuterius ir lėktuvus lengvesnius.
Automobilis, kurio kėbulas ne tik apsaugo keleivius, bet ir kaupia energiją, nebėra mokslinė fantastika. Tai, be jokios abejonės, didžiausias iki šiol pasiektas pažangos struktūrinių baterijų srityje. Jos nėra papildomas komponentas, kaip įprastos baterijos, bet sudaro objekto struktūros dalį: automobilio važiuoklę, nešiojamojo kompiuterio korpusą ar lėktuvo fiuzeliažą.
Kadangi tai yra konstrukcijos dalis, svoris yra pašalintas, o energijos suvartojimas sumažintas. Chalmers technologijos universiteto mokslininkai teigia, kad šis proveržis galėtų reikšti, kad elektrinis automobilis galėtų nuvažiuoti iki 70 % toliau su vienu įkrovimu. Vartotojų produktų srityje galėtume turėti nešiojamuosius kompiuterius, kurie sveria perpus mažiau, arba mobiliuosius telefonus, kurie yra ploni kaip kredito kortelė.
Pažadas dėl lengvesnių ir efektyvesnių transporto priemonių
Richa Chaudhary, pagrindinė mokslo žurnale Advanced Materials paskelbto tyrimo autorė, aiškiai nurodo, kad jiems pavyko „sukurti anglies pluošto kompozitinę bateriją, kurios standumas toks pat kaip aliuminio, o energijos tankis pakankamas komerciniam naudojimui. Kaip ir žmogaus skeletas, baterija atlieka keletą funkcijų vienu metu“.
Žinome, kad Chalmers technologijos universiteto mokslininkai jau daugelį metų ieško galutinio šių struktūrinių baterijų sprendimo ir bendradarbiauja su Karališkuoju technologijos institutu. 2018 m. buvo įrodyta, kad anglies pluoštai, žinomi dėl savo lengvumo ir stiprumo, gali veikti kaip ličio jonų baterijų elektrodai. Šis darbas turėjo tokį poveikį, kad žurnalas „Physics World“ jį išskyrė kaip vieną iš dešimties didžiausių metų mokslo pasiekimų.
Nuo tada iššūkis buvo pagerinti du pagrindinius elementus, kurie ne visada veikia ta pačia kryptimi. Kalbame apie mechaninį tvirtumą ir energijos tankį. 2021 m. jiems pavyko pasiekti, kad ši baterija saugotų 24 vato valandas kilogramui, o tai yra mažiau energijos nei įprasta baterija. Dabar jie pagerino šį rodiklį iki 30 vato valandų kilogramui.
Nepaisant to, jos negalima tiesiogiai lyginti su dabartinėmis baterijomis, nes tai ne tik baterija, bet ir automobilio ar prietaiso konstrukcijos dalis. Todėl svarbiausias yra sistemos bendras svoris. Leif Asp, Chalmers technologijos universiteto medžiagų mokslo profesorius, sako: „Mes atlikome elektromobilių skaičiavimus, kurie rodo, kad jie galėtų nuvažiuoti iki 70 % toliau nei šiandien, jei turėtų konkurencingas struktūrines baterijas.“
Tačiau transporto sektoriuje nepakanka, kad kažkas būtų lengvas, jis taip pat turi būti labai tvirtas, kad užtikrintų saugumą. Štai kodėl šis proveržis yra svarbus. Naujoji baterija yra daug tvirtesnė ir stipresnė nei anksčiau, ji gali atlaikyti tokias pačias apkrovas kaip aliuminis, bet sveria mažiau. Praktikoje tai reiškia, kad ji gali būti transporto priemonės konstrukcijos dalis, nepažeidžiant saugumo, ir kartu padėti sumažinti bendrą svorį.
Leif Asp aiškiai nurodo, kad „dėl daugiafunkcinių savybių naujoji baterija yra dvigubai geresnė už savo pirmtakę ir, tiesą sakant, geriausia, kokia kada nors buvo pagaminta pasaulyje“. Žinome, kad ji pagaminta daugiausia iš anglies pluošto ir kad šis pluoštas atlieka beveik visą darbą: jis palaiko konstrukciją ir tuo pačiu metu kaupia energiją. Viena pusė padengta medžiaga, kuri padeda kaupti elektrą, o kita pusė veikia kaip srovės laidininkas.
Ateitis priklauso nuo geresnio produktų dizaino
Dėl to sunkiųjų metalų detalės nebėra reikalingos, o probleminiai metalai, tokie kaip kobaltas, yra vengiami. Kitas svarbus skirtumas yra baterijos viduje. Vietoj skysčio, ji naudoja pusiau kietą medžiagą, kad perkelti energiją iš vienos pusės į kitą. Dėl to sunkiau gauti daug energijos iš karto, o tai dar reikia patobulinti, tačiau tai padidina saugumą, nes sumažina gaisro riziką.
Neigiama pusė yra tai, kad technologija dar nėra pasirengusi masinei gamybai. Perėjimas iš laboratorijos į gamybos liniją vis dar reikalaus laiko ir pinigų. Norėdama padaryti šį šuolį, universitetas įkūrė bendrovę „Sinonus AB“, kuri bus atsakinga už realių pritaikymų paiešką ir investuotojų pritraukimą. Žinoma, kad pirmieji naudos gautų mažieji prietaisai. Vėliau ši technologija galėtų būti naudojama ir automobilių dalims maitinti.
Jei pereisime prie didelių transporto priemonių, reikės daugiau pastangų, bet taip pat bus sutaupyta daugiau energijos ir svorio. Galiausiai, pagrindinė žinia yra ta, kad ateitis yra ne tik geresnės baterijos, bet ir geriau suprojektuoti objektai, kurių struktūra pati padeda taupyti energiją. O kai svarbus kiekvienas kilogramas, pakeitus gamybos būdą galima pasiekti didelių pokyčių.
