علمی، پژوهشی و فناوری

ابداع باتری فیبرکربن که وزن هواپیما‌ها را ۵۰ درصد کاهش می‌دهد

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : دانش پژوهان سوئدی نوعی کامپوزیت از جنس فیبرکربن ابداع کرده اند که به اعتقاد آنها قادر به ذخیره انرژی است و قابلیت کاهش ۵۰ درصدی وزن خودرو‌های برقی و هواپیما‌ها را دارد. این ماده نوآورانه که «سینوس» نام دارد هم به عنوان یک جزء ساختاری و هم منبع انرژی عمل می‌کند و نیاز به باتری‌های سنگین اضافی را از بین می‌برد.

پژوهشگران دانشگاه فناوری چالمرز (CTU)، سینوس را با هدف متحول کردن صنعت حمل و نقل با مواد فیبر کربن پیشگامانه خود که قادر به ذخیره انرژی الکتریکی است، عرضه کرده اند.

تلاش‌های پیشین این پژوهشگران برای ساخت باتری‌های ساختاری منجر به پیل‌هایی با خواص مکانیکی خوب یا خواص الکتریکی مطلوب شده است. 

«لیف اسپ» «Leif Asp»، استاد مکانیک محاسباتی و مواد در CTU، گفت: با استفاده از فیبر کربن، موفق شده ایم یک باتری ساختاری با ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی و استحکام رقابتی طراحی کنیم.

این دستاورد می‌تواند به توسعه خودرو‌های برقی سبک‌تر و کارآمدتر با برد طولانی‌تر و هواپیما‌های سبک‌تر با کاهش مصرف سوخت کمک کند.

«مارکوس زتراستورم» «Markus Zetterström» مدیرعامل سینوس گفت آنها یک کامپوزیت ابتکاری فیبر کربنی را توسعه داده اند که قابلیت‌های باتری را نیز دارد.

وی افزود: «وقتی بخشی از مواد ساختاری در کاربرد‌های مختلف با کامپوزیت چند منظوره ما جایگزین شود، می‌توان ظرفیت ذخیره سازی برق را بدون افزودن وزن یا حجم افزایش داد. این فناوری می‌تواند وزن و حجم سیستم را کاهش داده و در عین حال ظرفیت باتری (یا ترکیبی از آن) را حفظ کند.»

زتراستورم خاطر نشان کرد: «اگرچه چگالی انرژی این ماده هنوز در حال توسعه است، اما در حال حاضر بین ۲۵ تا ۵۰ درصد باتری‌های لیتیوم یون معمولی است.»

به گفته اسپ، در حالی که باتری‌های ساختاری ممکن است به همان سطح کارایی باتری‌های معمولی نرسند، اما قابلیت باربری ساختاری آنها اجازه می‌دهد تا دستاورد‌های قابل توجهی در سطح سیستم داشته باشند.

وی افزود: «هدف این است که خودرو‌ها را در سطح سیستم بر اساس وزن، استحکام، سختی و خواص الکتروشیمیایی بهینه کنیم. این چیزی شبیه به طرز تفکر جدیدی برای بخش خودرو است که بیشتر برای بهینه سازی اجزای جداگانه استفاده می‌شود. علاوه بر این، چگالی انرژی کمتر باتری‌های ساختاری آنها را نسبت به باتری‌های استاندارد ایمن‌تر می‌کند، به ویژه که این باتری‌ها حاوی مواد فرار نیستند.»

توسعه باتری‌های ساختاری در CTU نتیجه سال‌ها تحقیق، از جمله مطالعات قبلی در مورد انواع خاصی از فیبر کربن بوده است. در یک مطالعه CTU در سال ۲۰۱۸، محققان دریافتند که باتری‌های ساختاری مبتنی بر فیبر کربن می‌توانند وزن خودرو‌های برقی و هواپیما‌ها را به میزان قابل توجهی کاهش دهند.

در سال ۲۰۲۱، آنها با ساخت یک باتری ساختاری با عملکرد ۱۰ برابر نسخه‌های قبلی، به نقطه عطف قابل توجهی دست یافتند.

این باتری از جنس فیبر کربن به عنوان یک الکترود، رسانا و ماده باربر به طور همزمان استفاده می‌کرد و چگالی انرژی Wh/kg ۲۴ را نشان می‌داد که در مقایسه با باتری‌های لیتیوم یونی آن زمان، حدودا ۲۰ درصد ظرفیت قابل مقایسه داشت.

سینوس پیش از این با جایگزینی باتری‌های AAA در دستگاه‌های کم مصرف، قابلیت دوام این فناوری را با موفقیت نشان داده است.

این شرکت اکنون بر روی افزایش فناوری برای کاربرد‌های بزرگتر از جمله خودرو‌های برقی و هواپیما متمرکز است و به طور فعال با شرکای صنعتی برای تسریع در ادغام این ماده نوآورانه در طرح‌های خود همکاری می‌کند.

ترکیبی از کاهش وزن، افزایش بهره وری انرژی و افزایش ایمنی، این فناوری را به یک تغییر دهنده بازی با ظرفیت تغییر شکل آینده حمل و نقل تبدیل می‌کند.