Strukturální baterie nové generace. Kredit: Chalmers.

V soudobých elektricky poháněných vozidlech a letounech představují podstatnou část váhy a také prostoru dobíjitelné baterie s uskladněnou elektřinou. Je to značná zátěž pro design i provoz. Pozoruhodným řešením by se mohly stát strukturální multifunkční baterie. Takové baterie sice stále slouží jako zásoba elektřiny, zároveň ale jsou součástí konstrukci a mohou mít různé funkce.

Strukturální baterie jsou vlastně nehmotné (massless energy storage), protože se jejich váha „rozpouští“ v konstrukci. Použití takových multifunkčních baterií by pochopitelně významně snížilo hmotnost vozidla či letounu, a také by ušetřilo prostor, který by bylo možné využít jiným způsobem.

Leif Asp. Kredit: Johan Bodell / Chalmers.

Jak se ale ukazuje, vývoj strukturálních baterií není úplně snadný. První pokusy se objevily kolem roku 2007. Od té doby vědci neustále narážejí na to, že je velmi obtížné vytvořit baterii tohoto typu, které by měly slušné elektrické a zároveň i mechanické parametry.

Průlom ve strukturálních baterií. Kredit: Chalmers.

Na vývoji strukturálních baterií dlouhodobě pracují na švédské technice Chalmers University of Technology. Nedávno zaznamenali významný úspěch, když se jim podařilo vyvinout strukturální baterii, která svým multifunkčním výkonem desetkrát předčí nejlepší předešlé typy strukturálních baterií. Je lepší jak v ukládání elektřiny, tak i v pevnosti a odolnosti. Tvoří ji uhlíkové vlákno, které slouží zároveň jako elektroda, vodič a součást konstrukce. Druhou elektrodou je hliníková folie potažená fosfátem lithia a železa. Elektrody odděluje materiál založený na sklolaminátu.

Baterie týmu Chalmers, který vede Leif Asp, pojme 24 Wh/kg, což odpovídá zhruba 20 procentům kapacity srovnatelných lithium-iontových baterií. Na druhou stranu, díky použití strukturálních baterií může být vozidlo podstatně lehčí a jeho provoz spotřebuje mnohem méně energie. Nižší hustota uložené energie je zároveň zárukou bezpečnějšího provozu. Svými mechanickými vlastnostmi se baterie vyrovná celé řadě dnes používaných konstrukčních materiálů.

Vyvinutá strukturální baterie nepůjde do výroby. Poslouží dalšímu výzkumu, protože řadu prvků a parametrů baterie je možné a žádoucí vylepšit. Tento typ strukturální baterie by mohl prorazit v elektrických vozidlech a mnoha dalších aplikacích. Podle Aspa má fantastický potenciál i pro výrobu chytrých telefonů, počítačů nebo třeba elektrokol.

Video: Structural battery with record performance

Literatura

Chalmers University of Technology 22. 3. 2021.

Advanced Energy and Sustainability Research 2: 2000093.