電池=車體結構,瑞典研發「無質量」碳纖維電池

作者 | 發布日期 2021 年 03 月 24 日 11:44 | 分類 能源科技 , 電力儲存 , 電池 Telegram share ! follow us in feedly


我們都希望電池續航力愈久愈好,最好手機能好幾天不用充電、電動車環島一日遊沒問題,但同時要求電池不能笨重龐大又危險。對繁多要求,科學家努力逐一滿足,最近瑞典大學團隊研發出「無質量」電池,主打輕巧方便、不會對汽車帶來額外重量的電池。

所謂無質量電池(massless battery),並不是指品質低劣的電池,照瑞典查爾姆斯理工大學(CTH)說法,電池功用不僅是電能裝置,還是汽車結構的一部分,有助於減輕車體重量。或許也可說是結構電池的一種。

無質量電池主要是由「碳纖維」(carbon fiber)構成,其中碳纖維是跑車、風力發電愛用材料,高強度也耐高溫、具備優秀機械性質,妥善加工後還是良好的電極材料。根據團隊 2018 年的研究,在特殊的晶體排列下,已經打造出車輛所需的高強度、優秀的電化學性能碳纖維材料。

如今科學團隊基於該研究,打造出全新的碳纖維電池。以碳纖維作為電池負極,正極則是覆塗磷酸鐵鋰的鋁箔,有別於傳統電池的液態有機電解質,碳纖維電池的電解質基質是玻璃纖維,負責傳送鋰離子並平均分散機械負載(mechanical loads)。團隊負責人 Leif Asp 表示,透過新型碳纖維材料,成功設計出兼具儲能和剛性的結構電池。

研究人員認為,理論上這類電池不會讓汽車多出額外重量,材料楊氏係數為 25GPa,可與 20~30GPa 的混凝土競爭,性能也比過去提高 10 倍。只是有捨也有得,碳纖維電池能量密度僅 24Wh/kg,大約只有鋰離子電池的五分之一。

縱使如此,團隊還是對該電池寄予厚望,Asp 認為碳纖維電池能量密度有機會提高到 75Wh/kg,強度也能增加至 75GPa,擁有可與鋁媲美的堅固程度,但重量卻更輕更薄,有助於電動車與消費性電子產品發展。

研究下一步,則打算將正極的鋁換成碳纖維,提高能量密度和機械性能,屆時電解質也會用更新更薄的玻璃纖維版本取代,加速充電速度。不過碳纖維成本高昂,又要具備電池功能,加工過程比傳統鋰離子電池複雜,研發成本想必十分高昂。

(圖片來源:CTH