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瑞典开发出用碳纤维车身发电,纯电动汽车减重50%

时间:2021-06-11 05:59:29 来源:本站 作者:
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  锂离子电池组的重量是电动汽车技术的主要挑战之一。纯电动汽车要想有长续航,就需要更大的电池组。但是更大的电池组带来了更大的重量,更大的重量就会造成汽车耗电量的增加。所以如果一味地增大电池,那么对于纯电动汽车来说也是一个恶性循环,甚至适得其反。所以现在纯电动汽车都在找一个续航和重量之间的平衡。

  但是如果有一种电池技术可以集成到汽车的结构元件中,从而根本不增加汽车的重量,让整辆车身直接变身成一颗大电池。这是不是一种革命性的技术呢?

  透过碳纤维的导电特性,能让未来电动车不再需要使用沉甸甸的锂电池。

  瑞典哥德堡查默斯理工大学和 KTH 皇家理工学院的科学家们似乎已经找到了他们称之为“无质量储能”的答案。

  瑞典的想法可以追溯到 1960 年代的大奖赛赛车。BRM和路特斯率先将发动机和变速箱作为底盘的结构元件,减轻了传统空间框架的重量。如果将锂离子电池集成到碳纤维复合材料中,制造一种可用于汽车的结构材料,那么不但节省了电池的空间,而且也降低了质量。

  图注:传统的纯电动汽车需要装载一个巨大的电池包

  现有的锂离子电池具有碳阳极和金属氧化物阳极。当锂离子在充电和放电过程中穿过电解液时,两者都可以吸收锂离子。

  2007 年启动的瑞典研究项目提出了一种使用碳纤维形成阳极的方法,阳极由磷酸铁涂层铝箔制成,阳极由电解质混合物中的玻璃纤维织物隔开。新概念用碳纤维代替阳极电极的箔片,并将其与更薄的隔板相结合,创造出一种坚固的储能材料,它具有铝的刚度但更轻。

  早期的研究集中在碳纤维的微观结构上。科学家们发现,晶体小的纤维比晶体大的纤维强度低,但具有良好的电化学性能,使其适用于阳极和阴极材料。结构碳纤维市场更侧重于高档飞机级材料,但强度略有下降对于汽车使用来说不是问题。

  图注:把电池融入到车身结构件中,大大降低重量

  尽管前景广阔,但这种新材料的能量密度不如传统电池。第一阶段版本的能量密度为24 Wh/kg(或全电池组为40 Wh/kg),仅为现在一些纯电动汽车64 kWh电池能量密度的17%。但是单来的好处是使汽车的重量减少约 460 公斤,这可能会对续航里程和性能产生巨大而有益的影响。

  那么问题就在于有多少这种材料可以融入汽车的结构中,以及如何在减轻重量和降低能量密度之间取得平衡。参与该项目的人员希望带有碳纤维阳极和阴极的两级版本的能量密度可以达到每公斤 75 瓦时。

  当然,就目前来看这项技术普及的机率应该不会太高,毕竟碳纤维车身至今仍是相当昂贵的一项材料,基本上只会在超跑车款或是少数高价电动车身上看到。

  但是使用碳纤维的轻量化特性同时舍弃了传统电池,可以让整辆车减少50%以上的车身重量,同时也会比使用传统锂电池更为安全,一旦在技术上实现突破,降低成本,那么还是有广泛的市场前景的。

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