查爾姆斯理工大學(Chalmers University of Technology)的研究人員成功地制造出了一種由碳纖維復合材料制成的電池，這種電池與鋁一樣堅硬，能量密度足夠高，可以用于商業(yè)用途。當汽車、飛機、輪船或計算機由兼具電池和承重結(jié)構(gòu)功能的材料制造時，重量和能源消耗就會大大減少。

　　世界上最強大的電池

　　使用同時用作電池和結(jié)構(gòu)部件的材料制造車輛或電子產(chǎn)品可以顯著減輕重量和能耗。瑞典查爾姆斯理工大學的一個研究小組在無質(zhì)量儲能方面取得了重大進展。他們新開發(fā)的結(jié)構(gòu)電池有可能將筆記本電腦等設(shè)備的重量減半，使手機像信用卡一樣薄，并在一次充電后將電動汽車的續(xù)航里程延長70%。

　　查爾姆斯的研究員、《先進材料》上發(fā)表的一篇科學文章的主要作者Richa Chaudhary解釋說：“我們成功地制造了一種由碳纖維復合材料制成的電池，其硬度與鋁一樣高，能量密度足以用于商業(yè)用途。就像人體骨骼一樣，這種電池同時具有多種功能?！?/p>

　　查爾姆斯大學對結(jié)構(gòu)電池的研究已經(jīng)持續(xù)了幾年，還與斯德哥爾摩KTH皇家理工學院的研究人員合作。這一突破發(fā)生在2018年，當時Leif Asp教授和他的同事們展示了堅硬、堅固的碳纖維如何通過化學方式儲存電能，引起了全球的關(guān)注。據(jù)《物理世界》報道，碳纖維可以作為鋰離子電池電極的發(fā)現(xiàn)是今年十大科學成就之一。

　　重量更輕，效率更高

　　自2018年以來，研究團隊在提高剛度和能量密度方面取得了長足的進步。2021年，他們達到了一個關(guān)鍵的里程碑，電池能夠提供24Wh/kg能量密度，相當于典型鋰離子電池容量的20%左右。如今，他們已將這一數(shù)字提高到30Wh/kg。雖然仍低于目前的商用電池，但減輕重量的好處創(chuàng)造了一種新的動力。由于電池是車輛結(jié)構(gòu)的一部分，因此總體上需要更少的能量。

　　查爾姆斯工業(yè)與材料科學系教授Leif Asp說：“如果我們要節(jié)約能源，考慮子孫后代，投資輕型節(jié)能汽車是理所當然的。我們對電動汽車進行了計算，結(jié)果表明，如果它們有具有競爭力的結(jié)構(gòu)電池，它們的行駛時間可以比現(xiàn)在長70%?！?/p>

　　對于車輛來說，強度對于滿足安全標準至關(guān)重要。該團隊開發(fā)的結(jié)構(gòu)電池顯著提高了剛度，將彈性模量從25千兆帕提高到70千兆帕(GPa)。這意味著該材料可以像鋁一樣有效地承受載荷，同時重量要輕得多。

　　“就多功能性能而言，新電池是前代電池的兩倍，實際上是世界上最好的電池，”自2007年以來一直參與結(jié)構(gòu)電池研究的Asp評論道。

　　商業(yè)化進展

　　從一開始，最終目標就是達到適合商業(yè)化的性能水平。隨著持續(xù)的研究，通過成立位于瑞典博拉斯的Chalmers Venture公司Sinonus AB，與市場的聯(lián)系更加緊密。

　　盡管取得了進展，但還需要更多的工程工作來將生產(chǎn)從小型實驗室批量擴大到消費電子產(chǎn)品或汽車所需的大規(guī)模制造。

　　Leif Asp說：“可以想象，重量只有現(xiàn)在一半的像信用卡般的手機或筆記本電腦是最快可以實現(xiàn)的。也可能是汽車或飛機中的電子設(shè)備等組件由結(jié)構(gòu)電池供電。這將需要大量投資來滿足運輸業(yè)具有挑戰(zhàn)性的能源需求，但這也是該技術(shù)可以發(fā)揮最大作用的地方?！?/p>