Шведские учёные совершили прорыв в области «безмассовых» аккумуляторов

Аккумуляторы в будущих электромобилях, смартфонах, электросамолётах и в других устройствах могут стать условно невесомыми не теряя свойств запасать энергию. В этом нет волшебства. Если аккумулятор сделать неотъемлемой частью корпуса или другой структурной детали конструкции, то его вес банально можно не учитывать. Такой подход избавит от использования в устройстве отдельного аккумулятора, что сделает изделие легче и меньше. И это не фантастика.

Yen Strandqvist/Chalmers University of Technology

Ещё два года назад шведские учёные из Технологического университета Чалмерса сообщили о разработке структурного аккумулятора из композитного углеродного материала, корпус которого выдерживает такие физические нагрузки, которые бы уничтожили обычную литиевую батарею. Тогда это изобретение изданием Physics World было названо крупнейшим научным достижением года. А на днях стало известно, что за два года учёные смогли десятикратно улучшить совокупные характеристики своего аккумулятора.

Так, если разработка 2018 года характеризовалась модулем продольной упругости на уровне 25 ГПа, то новая батарея удерживает этот показатель на уровне 75 ГПа. Это означает, что по механической прочности структурный аккумулятор поднялся от среднего между свинцом и оловом до дюралюминия. Фактически из новой батарейки можно делать корпус самолёта, и этот корпус сам будет аккумулятором. Какой простор для конструкторов! А ведь это облегчение веса, которое можно конвертировать в скорость или в дальность передвижения.

Три последовательно соединённых структурных батареи общим напряжением 8,4 В с модулем продольной упругости 28 ГПа. Источник изображения: Yen Strandqvist/Chalmers University of Technology

Увы, проблемы со структурными шведскими аккумуляторами кроются в очень низкой плотности запасаемой энергии. Разработка 2018 года могла похвастаться плотностью всего 24 Вт·ч/кг. Но два года исследований смогли улучшить этот параметр до 75 Вт·ч/кг. Это примерно в четыре раза уступает возможностям современных массовых литиевых аккумуляторов, но ведь этот элемент не будет ничего весить в составе устройства. Почти ничего.

В «безмассовом» аккумуляторе из углепластика роль несущей (структурной) конструкции играют даже электроды и электролит. Точнее, электролитом пропитана стеклоткань, которая разделяет электроды и также укрепляет батарею. Катод такого аккумулятора изготовлен из углерода, а анод — из фольги из соединения лития и фосфата-железа.

В будущем учёные планируют сделать из углерода также анод, дополнительно повысив прочность аккумулятора. Также планируется сделать тоньше разделительное стекловолокно с пропиткой электролитом. Это дополнительно позволит увеличить рабочие токи и скорость заряда. Развиваться есть куда и это очень интересное направление.