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未来的电动汽车,当汽车本身将成为电池时

2020年11月22日| 强调, 行业新闻, 最新消息 | 通过 | 评论关闭

让我们以即将到来的新西兰两辆电动面包车为例,福特全顺和LDV的eDeliver 3,仅是因为它们是方形的,有很多钣金,并且具有视觉目的。

一天,放在每个货车地板下的电池都不会在那里。电池将是货车本身–底盘,车身,地板,门,挡泥板,后挡板……这是“结构性”电池动力的未来世界,构成车辆框架的复合材料在其中存储了行驶所需的能量。

想象一下Transit(在顶部)和eDeliver 3(在下面充满阴影,下面是完整的),每个外板都由薄层复合材料制成,例如碳纤维。碳纤维注入了锂离子,这是蓄电链的一部分。

所有人都注视着伦敦帝国学院的材料科学家Emile Greenhalgh

所有人都注视着伦敦帝国学院的材料科学家Emile Greenhalgh

特斯拉不久前表示,不久将有一款汽车,将电池组集成到底盘中,该设计可将汽车的重量减轻10%,并增加续航里程。其首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)将这一过程称为“革命性”。

但是结构性电池是大约10年前由美国军方开发的,使用碳纤维作为电池的电极。该材料是可延展的,可用于形成例如飞机机翼或挡泥板。

从那时起,伦敦帝国理工学院的材料科学家埃米尔·格林哈尔(Emile Greenhalgh)和皇家学院新兴技术的工程学教授等专家消除了电池与电池供电之间的界限。

格林哈尔告诉美国研究人员:“我们正在做的事情超出了马斯克一直在谈论的范围。” “没有嵌入式电池。材料本身就是能量存储设备。”

瑞典's Leif Asp带有碳纤维梭芯

瑞典’s Leif Asp带有碳纤维梭芯

与常规电池组不同,结构电池是不可见的。蓄电发生在构成汽车框架的复合材料薄层中。从某种意义上说,它们很轻巧,因为汽车  the battery.

格林哈尔说:“这使材料可以同时做两件事。”研究人员说,使用这种技术可以提供巨大的性能提升并提高安全性,因为汽车中不会填充成千上万的能量密集,易燃的电池。

2013年,沃尔沃与瑞典查尔默斯理工大学合作,将结构电池集成到原型S80轿车中,该项目由欧盟资助。最初,科学家将锂离子电池集成到充气室盖中,以调节进入发动机的进气量。

它不是汽车的主要电池,而是辅助组件,当引擎在停车灯处暂时关闭时,辅助组件可以为空调,音响和照明装置供电。它的强度允许集成支柱撑杆,其能量容量允许拆卸专用的停止/启动电池,与标准产品相比,重量减轻了50%。

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然后,科学家开发了一种结构超级电容器,用作后备箱盖。它由两层注入了氧化铁和氧化镁的碳纤维组成,由绝缘层隔开并模制成靴子的形状。他们还用相同的材​​料开发了备用轮胎。

超级电容器的能量消耗不及电池那么多,但它们擅长快速输送少量电荷。 Greenhalgh说,它们也更易于使用,并且是用电池完成同一件事的必不可少的踏脚石。

格林哈尔(Greenhalgh)该项目的主要同事瑞典科学家莱夫·阿斯普(Leif Asp)说,结构电池的主要好处是,它们可以减少电动汽车行驶相同距离所需的能量,实际上是增加了其行驶距离。

“我们需要专注于能源效率,” Asp说。 “在当今大多数电力仍然使用化石燃料生产的世界中,每个电子都在应对气候变化中发挥作用。”

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在美国,密歇根大学化学工程师尼古拉斯·科托夫(Nicholas Kotov)建造了模仿动物的小型机器人。它们包括机器人蝎子和蜘蛛,它们在地板上跳来跳去,每一个都由与其活动部件集成的结构电池供电。

与Asp和Greenhalgh开发的碳纤维和锂离子板不同,Kotov和他的学生为自动机制造了锌空气结构电池。

这种电池化学性质比传统的锂离子电池能够存储更多的能量。它由锌阳极,碳布阴极和由聚合物基纳米纤维制成的半刚性电解质组成,该纳米纤维被纳米工程化以模仿软骨。

这种类型的电池中的能量载体是氢氧根离子,当空气中的氧气与锌相互作用时会产生氢氧根离子。尽管用于车辆的结构电池具有很高的刚性,但Kotov团队开发的电池却易于应对机器人的运动。

它们的能量密度也非常高。正如Kotov和他的团队在今年早些时候发布的那样,其结构电池的能量容量是相同容量的传统锂离子电池的72倍。

 

 

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