智能网联汽车展|这种新型碳纤维材料做电池，可使汽车、飞机重量减轻50%

近日，一家瑞典初创公司Sinonus开发出了一种独特的碳纤维复合材料，既可以充当电动汽车、飞机中的结构性材料减轻产品重量，更重要的是，这种材料还能兼做电池。

Sinonus其实是哥德堡查尔姆斯理工大学（CTU）和瑞典皇家理工学院（KTH）的衍生公司，目的是将科研成果商业化，该公司也是查尔姆斯风险投资公司（Chalmers Venture）投资组合的一部分。

智能网联汽车展了解到，这项技术的雏形源自Chalmers Venture投资的另外一家公司Oxeon，这种技术的前身曾用于制造美国宇航局火星Ingenuity直升机的螺旋桨叶片。

而Sinonus之所以选中它来继续开发，是因为这种材料重量轻、厚度薄，且能够通过电化学方式储存能量。

Sinonus利用这种材料的多功能性制造出了“碳纤维结构电池”，这也是世界上首创的结构电池技术。

智能网联汽车展了解到，通过复合材料替代产品系统的部分结构材料，可以在保持重量和体积不变的情况下增加电池容量，或者在保持电池容量不变的情况下减少系统重量和体积。

研究人员表示，由于该材料既可用作结构部件，又可用作电池，因此无需单独的重型电池，从而有可能将电动汽车和飞机的重量减轻高达50%。

Zetterström在采访中表示，在保持良好结构容量的同时，现有技术水平下，“碳纤维结构电池”的能量密度可能范围约为传统锂离子电池的25%-50%。

智能网联汽车展了解到，目前Sinonus已在其实验室中通过替换低功耗产品中的AAA电池展示了该技术的潜力。而Sinonus的目标是将该技术扩展到更大的应用领域，例如物联网设备，无人机、计算机、大型车辆甚至飞机。

Sinonus采用的是查尔姆斯理工大学开发的技术，这所大学的研究人员多年来一直在研究利用碳纤维制作结构电池的概念。

一直以来，无质量电池一直都是储能领域的“圣杯”，因为一旦电池成为承重结构的一部分，其重量就会有效消失。

由查尔姆斯大学Leif Asp教授领导的研究团队是少数找到有效材料的团队之一——那就是因强度高、重量轻而闻名的碳纤维。

他们的研究发现，晶体较小、取向性较差的碳纤维是良好的电导体，但其硬度却不如晶体较大、取向性较好的碳纤维，而硬度和刚性的代价是其电化学性能折损。

Asp在2018年发表这项研究时在一份声明中表示，对于汽车等许多应用而言，刚度略有降低并不会带来问题。

而对于需要刚度强材料的飞机来说，增加碳纤维的厚度也可以会补偿碳纤维电池性能提升而造成的刚度降低。

“关键在于要从重量、材料强度与刚度和电化学特性等多个角度系统性优化车辆——这对汽车行业来说是一种新思维方式，因为汽车行业更习惯于优化单个部件，”Asp说。

“结构电池可能不会像传统电池那样高效，但由于它们具有结构承载能力，因此可以在系统层面获得非常大的收益。”

此外，结构电池的能量密度较低，这反而使得它们比标准电池更安全，特别是因为它们不含任何挥发性的化学物质。

自2018年这一突破性成果发表以来，该团队一直在研究如何在实践中发挥作用。

2021年，该团队生产出了能量密度为24 Wh/kg的碳纤维电池，与当时同类的锂离子电池相比，电池容量高出约20%。

该电池的负极由碳纤维制成，正极由磷酸铁锂涂层铝箔制成，电解质用玻璃纤维织物隔开。该团队的下一步计划是将铝箔换成承重碳纤维和更薄的隔板。

当时，Asp估计这种电池的能量密度可以达到75 Wh/kg（锂电池实际应用中的能量密度一般在150-300 Wh/kg），刚度可以达到75 GPa，强度与铝一样强，但重量更轻。

文章来源：环球零碳--微信公众号