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

　　世界上最強(qiáng)大的電池

　　使用同時(shí)用作電池和結(jié)構(gòu)部件的材料制造車(chē)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(xué)的一個(gè)研究小組在無(wú)質(zhì)量?jī)?chǔ)能方面取得了重大進(jìn)展。他們新開(kāi)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(jī)像信用卡一樣薄，并在一次充電后將電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程延長(zhǎng)70%。

　　查爾姆斯的研究員、《先進(jìn)材料》上發(fā)表的一篇科學(xué)文章的主要作者Richa Chaudhary解釋說(shuō)：“我們成功地制造了一種由碳纖維復(fù)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(shí)具有多種功能。”

　　查爾姆斯大學(xué)對(duì)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(xué)院的研究人員合作。這一突破發(fā)生在2018年，當(dāng)時(shí)Leif Asp教授和他的同事們展示了堅(jiān)硬、堅(jiān)固的碳纖維如何通過(guò)化學(xué)方式儲(chǔ)存電能，引起了全球的關(guān)注。據(jù)《物理世界》報(bào)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(xué)成就之一。

　　重量更輕，效率更高

　　自2018年以來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)在提高剛度和能量密度方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。2021年，他們達(dá)到了一個(gè)關(guān)鍵的里程碑，電池能夠提供24Wh/kg能量密度，相當(dāng)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(dòng)力。由于電池是車(chē)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(xué)系教授Leif Asp說(shuō)：“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(chē)是理所當(dāng)然的。我們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明，如果它們有具有競(jìng)爭(zhēng)力的結(jié)構(gòu)電池，它們的行駛時(shí)間可以比現(xiàn)在長(zhǎng)70%。”

　　對(duì)于車(chē)輛來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度對(duì)于滿(mǎn)足安全標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(shí)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(shí)際上是世界上最好的電池，”自2007年以來(lái)一直參與結(jié)構(gòu)電池研究的Asp評(píng)論道。

　　商業(yè)化進(jìn)展

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

　　盡管取得了進(jìn)展，但還需要更多的工程工作來(lái)將生產(chǎn)從小型實(shí)驗(yàn)室批量擴(kuò)大到消費(fèi)電子產(chǎn)品或汽車(chē)所需的大規(guī)模制造。

　　Leif Asp說(shuō)：“可以想象，重量只有現(xiàn)在一半的像信用卡般的手機(jī)或筆記本電腦是最快可以實(shí)現(xiàn)的。也可能是汽車(chē)或飛機(jī)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(lái)滿(mǎn)足運(yùn)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。”