Karbon fiber yapısal pillerin gelecekte elektrikli araçların sürüş menzilini %70 oranında artırması bekleniyor.
Arabalar, uçaklar, gemiler veya bilgisayarlar hem pil hem de yük taşıyıcı yapı işlevi gören bir malzeme kullanılarak yapıldığında ağırlıkları ve enerji tüketimleri önemli ölçüde azaltılabilir. Son sayısında 10'unda yayınlanan bir makaleye göreGelişmiş Malzemelerİsveç'teki Chalmers Teknoloji Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi, çok işlevli bir karbon fiber yapısal pil geliştirerek "kütlesiz enerji depolama" konusunda ilerleme kaydetti. Bu pil, tek şarjla dizüstü bilgisayarların ağırlığını yarı yarıya azaltabiliyor, akıllı telefonları kredi kartları kadar ince hale getirebiliyor veya elektrikli araçların sürüş menzilini %70 artırabiliyor.
Chalmers Teknoloji Üniversitesi araştırmacısı Rika Chaudhuri, geliştirdikleri yapısal pilin, alüminyumla kıyaslanabilir bir sertliğe ve ticari uygulamalar için yeterli enerji yoğunluğuna sahip karbon fiber kompozit malzemelerden yapıldığını belirtti. Yapısal pil, hem enerji depolayabilen hem de yük taşıyabilen bir malzemedir. Pil malzemelerinin ürünlerin gerçek yapısına entegre edilmesi, elektrikli araçların, drone'ların, el aletlerinin, dizüstü bilgisayarların ve akıllı telefonların daha hafif olabileceği anlamına geliyor.
Ekip, ilk kez 2018 yılında, yüksek sertlik ve sertliğe sahip karbon fiberin, elektrik enerjisini kimyasal olarak depolayabildiğini ve lityum iyon pillerde elektrot görevi görebildiğini gösterdi. Bu araştırma büyük ilgi gördü ve tanındıFizik Dünyasıo yılın en iyi on buluşundan biri olarak.
O zamandan bu yana araştırma ekibi, bataryanın sertliğini ve enerji yoğunluğunu artırarak konseptini daha da geliştirdi. 2021'de enerji yoğunluğunu kilogram başına 24 watt-saat'e (Wh/kg) çıkardılar; bu, benzer lityum iyon pillerin kapasitesinin yaklaşık %20'sidir. Artık enerji yoğunluğunu 30 Wh/kg'a çıkardılar. Bu hala şu anda yaygın olarak kullanılan pillerden daha düşük olmasına rağmen, etkisi önemli ölçüde farklıdır. Piller yapının bir parçası haline geldiğinde ve hafif malzemelerden yapılabildiğinde, aracın toplam ağırlığı büyük ölçüde azaltılabilir. Sonuç olarak elektrikli araçlar için gereken enerji önemli ölçüde azalacaktır.
Elektrikli araçlar üzerinde hesaplamalar yapan araştırmacılar, yeni yapısal bataryayla donatıldığında sürüş menzilinin mevcut seviyelere göre %70'e kadar artabileceğini buldu. Yapısal batarya ünitelerinin sertliği de önemli ölçüde iyileşti; gigapaskal (GPa) cinsinden ölçülen elastik modül 25'ten 70'e yükseldi. Bu, malzemenin alüminyum gibi yükleri taşıyabileceği ancak ağırlığının daha hafif olduğu anlamına geliyor.
Araştırmacılar, çok işlevlilik açısından bakıldığında yeni pilin performansının önceki nesle göre iki kat daha fazla olduğunu ve bu durumun onu dünyanın bugüne kadarki en iyi pili haline getirdiğini belirtti. Ancak pil hücrelerinin küçük ölçekli laboratuvar üretiminden büyük ölçekli üretime ve teknolojik ürün veya araçlarda uygulamaya geçebilmesi için hala önemli miktarda mühendislik çalışmasının yapılması gerekiyor.
