Superlätta laptops och elcyklar kan snart bli verklighet

Vikten i dagens elbilar utgörs till stor del av batteriet. Men snart kan detta vara ett minne blott då forskare vid Chalmers i samverkan med KTH tillverkat ett så kallat strukturellt batteri. Det betyder att batteriet, förutom att lagra energi, även utgör en del av föremålets eller fordonets struktur.

Det strukturella batteriet är tio gånger mer effektivt än alla tidigare varianter då det innehåller kolfiber som parallellt fungerar som elektrod, strömledare och ett bärande material. På så sätt får man det som kallas för ”viktlös” energilagring eftersom batteriets massa ”försvinner” när det blir en del av den huvudsakliga konstruktionen. Smart, inte sant?

Bygger på tidigare forskning

Utvecklingen av strukturella batterier bygger på tidigare forskning där man upptäckte att vissa typer av kolfiber, förutom att vara styva och starka, också visat sig ha god förmåga att lagra elektrisk energi kemiskt. Dessa upptäckter utsågs 2018, av forskartidskriften Physics World, till ett av årets tio största genombrott.

Strukturella batterier är i sig inget nytt. Redan 2007 vid Army Research Laboratory i USA, gjordes försök att ta fram dem. Leif Asp, professor i material- och beräkningsmekanik vid Chalmers och ansvarig för batteriprojektet förklarar vad som skiljer försöken åt.

– Tidigare försök att göra strukturella batterier har resulterat i celler med endera goda mekaniska eller goda elektriska egenskaper. Här lyckas vi, genom att utnyttja kolfibrer, demonstrera ett strukturellt batteri med konkurrenskraftig energilagringsförmåga och styvhet.

Bara fantasin sätter gränser

Leif Asp och hans forskarteam är redan i gång med att nytt projekt, finansierat av Rymdstyrelsen. Ett projekt som handlar om att ytterligare öka det strukturella batteriets prestanda och som kan ge oss en helt ny typ av fordon, farkoster och andra elektriska produkter, menar Leif Asp.

– Om man ser till konsumentteknik så kommer det vara fullt möjligt att inom några år kunna tillverka bärbara datorer, smarta telefoner eller elcyklar som väger hälften så mycket som de gör idag. På längre sikt kan man definitivt tänka sig att elbilar, elflygplan och satelliter konstrueras och energiförsörjs av strukturella batterier.

– Det är egentligen bara fantasin som sätter gränserna. Vi har fått väldigt mycket uppmärksamhet från många olika typer av företag i samband med att vi publicerar våra vetenskapliga artiklar inom området. Så det märks att det finns ett stort intresse för lättviktsmaterial med multifunktionella egenskaper, avslutar Leif Asp.

Källor:

Advanced Energy & Sustainability Research, chalmers.se, elfordon.se, dn.se

Fakta

Vad är ett strukturellt batteri?

Ett konventionellt litiumjonbatteri består av fyra huvuddelar. Två elektroder som båda skiljs åt av en tunn separator för att förhindra kortslutning, och elektrolyten som gör att litiumjonerna kan röra sig ­mellan elektroderna. Beståndsdelarna lindas antingen runt varandra likt en cylinder eller staplas som madrasser.

Ett strukturellt batteri ska däremot kunna se ut hur som helst. Som höljet på en mobiltelefon, en flygplanskropp eller en bil där själva chassit är batteriet. Vilket ställer stora krav på att komponenterna är rätt utformade.