研究人员开发出新型结构电池 性能提升十倍

据外媒报道，查尔姆斯理工大学与瑞典皇家理工学院（KTH）合作研发出一种新型结构电池，性能是之前结构电池的10倍。该电池使用了碳纤维材料，并将其同时用于电极、导体和承重材料中。其成功研发为汽车和其他技术实现真正的“无质量（massless）”能量存储铺平了道路。

电池重量在电动汽车的总重中占比很大，且无任何承重功能。而结构电池既可以提供动力，也可以作为汽车的结构部件。这种电池就是“无质量”能量存储，即当电池可作为承重结构部件时，其质量可以忽略不计。计算结果表明，这种多功能电池可大大减轻电动汽车的重量。查尔姆斯理工大学已对结构电池进行了多年研究，之前还发现了很多其他类型的碳纤维，它们不仅坚固强大，且具有良好的化学储能能力。

2007年，研究人员首次尝试开发结构电池，可迄今为止也未研发出兼具良好电气性能和机械性能的电池。但最近，结构电池研发取得实质性进展。查尔姆斯理工大学与瑞典皇家理工学院（KTH）合作研发出一种结构电池，能量存储、刚度和强度均超出现有产品，其多功能性能是之前结构电池的10倍。

该电池的能量密度为24 Wh / kg，是现有同类锂离子电池容量的20％。由于该结构电池可大大减轻车辆的重量，因此驱动电动汽车所需的能量也相应减少。此外，低能量密度也提高了车辆安全。该结构电池的刚度为25 GPa，可与许多常用建筑材料媲美。

查尔姆斯理工大学教授、该项目负责人Leif Asp表示：“之前研发的结构电池电芯要么具备良好的机械性能，要么具备良好的电气性能。但通过使用碳纤维，我们成功设计出兼具良好存储能力和刚性的结构电池。”

新型结构电池的负极由碳纤维制成，正极由涂有磷酸锂的铝箔制成，正负极由电解质基质中的玻璃纤维织物隔开。尽管使用碳纤维使得电池性能提高了10倍，可研究人员并未选择继续打破该记录，而是研究并了解材料结构和隔板厚度所带来的影响。

目前，由瑞典国家航天局（Swedish National Space Agency）资助的新项目正试图进一步提高该结构电池的性能。他们将使用碳纤维取代正极中的铝箔，并作为承重材料，提高刚度和能量密度。此外，他们还将使用超薄玻璃织物替代之前的玻璃织物，进一步提高刚度与能量密度，同时缩短充电周期。新项目预计在两年内完成。

同为此项目的领导者Leif Asp预计这种结构电池未来可提供75 Wh/kg的能量密度和75 GPa的硬度，像铝一样坚固，但要轻得多。Leif Asp表示：“下一代结构电池具有巨大潜力。基于当前消费类产品技术，未来几年，智能手机、笔记本电脑和电动自行车的重量很可能仅为现在的一半，且更加小巧。”从长远来看，结构电池未来还将可能为电动汽车、电动飞机和卫星供电。