Juraj Procházka Juraj Séta
Előfordulhat, hogy a jövőben nincs szükség nagy és nehéz akkumulátorokra az elektromos autók működtetéséhez. A Chalmers Műszaki Egyetem tudósainak tanulmánya kimutatta, hogy a szénszálak elemelektródként működhetnek és közvetlenül tárolhatják az energiát. Ugyanakkor képesek ellátni az önhordó szerkezet funkcióját.
Váz-test elemek
A látomás olyan járművekre összpontosít, ahol az autó testének vagy törzsének nagy részét lítium-ion akkumulátorok alkotják. A többcélú szénszálak egyidejűleg működnének bennük, mint elemelektródok és hordozóanyagok.
Egy ilyen multifunkcionális anyag hozzájárulhat a jövő repülőgépeinek (vagy VTOL-berendezésének) és elektromos autóinak súlyának jelentős csökkenéséhez.
Az elektromos autók választékának növelésére vonatkozó jelenlegi követelmények, hogy a belső égésű motorral szerelt autók illeszkedjenek, nagyobb és erősebb akkumulátorok telepítéséhez vezetnek. Ez azonban növeli a súlyukat és növeli a helyigényt is. Annak ellenére, hogy sok elektromos autó akkumulátora van a futóműben.
Leif Asp, a svédországi Chalmers Műszaki Egyetem anyag- és számítási mechanika professzora által vezetett kutatócsoport azt vizsgálja, hogy a szénszálak képesek-e többféle célt szolgálni, és nem csak megerősítésként szolgálnak a különböző kompozit anyagokban. Például energiát tárolhatnak.
Ennek érdekében a kutatók választ kerestek a kérdésre: "Lehetséges-e magát a járművet akkumulátorrá változtatni?" Úgy tűnik (legalábbis elméletben) igen. Elvégezték azt a tanulmányt, amely bebizonyította, hogy a szénszálas testek elemelektródként szolgálhatnak.
Gyors fogyás
A probléma azonban a szálak mechanikai szilárdságának és merevségének, valamint elektromos tulajdonságainak kompromisszuma. A szénszálak, amelyeket ma már a kompozitokban és az elektromos autók vagy drága sportautók karosszériájában használnak, elektrokémiai tulajdonságaik miatt alkalmatlanok az akkumulátor elektródáira. Ezek azonban valamivel több mint 2-szer erősebbek, mint az acél.
Ezzel szemben a jelenlegi akkumulátorok elektródjaiként használt szénanyagok nem megfelelő szilárdságúak a tartószerkezetekben való alkalmazáshoz. A kutatócsoport tanulmányt tett közzé arról, hogy a szénszálak mikrostruktúrája hogyan befolyásolja azok elektrokémiai tulajdonságait, hogy elektródként működhessenek lítium-ion akkumulátorban.
A különféle kereskedelemben kapható szénszálak mikrostruktúráját vizsgálva a kutatók megállapították, hogy a kicsi és rosszul orientált kristályokkal rendelkező szénszálak jó elektrokémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, de viszonylag alacsonyabb szilárdsággal rendelkeznek.
Ezzel szemben a nagy és erősen orientált kristályokkal rendelkező szénszálak nagyobb szilárdsággal rendelkeznek, de elektrokémiai tulajdonságaik nem alkalmasak szerkezeti akkumulátorokban történő alkalmazásra. Az eredmények alapján a tudósok ma már képesek nagy energiakapacitású multifunkcionális szénszálakat tervezni, amelyek szintén elég erősek - mondta Prof. Áspiskígyó.
Az ilyen szálak "csak" valamivel erősebbek, mint az acél, de ez az autók számára nem jelent problémát. Ha az elektromos autó karosszériáját akkumulátorra cserélnék, akkor annak súlya akár a felére is csökkenhet - állítják a chalmersi TU tudósai.
Előny lehet a gyengeség?
Asp professzor azt is állítja, hogy bár a szerkezeti elemek nem lesznek olyan hatékonyak, mint a hagyományos elemek (az energia sűrűségét tekintve), más előnyökkel járnak.
Mivel önfenntartók lesznek, lehetővé teszik érdekes előnyök elérését rendszerszinten. Az alacsonyabb energiasűrűség még előny is lehet, mivel biztonságosabb lenne a hagyományos Li-ion akkumulátorokhoz képest.
Mindenesetre várunk még egy ideig az elektromos autókra és az akkumulátoros karosszériával rendelkező repülőgépekre, de a tervezők és fejlesztők szempontjából ez érdekes ötlet.