Iedomāties automašīnu, kuras virsbūve ne tikai aizsargā pasažierus, bet arī uzkrāj enerģiju, vairs nav zinātniskā fantastika. Tas ir līdz šim lielākais sasniegums strukturālo bateriju jomā. Teiksim, ka tās nav pievienotas detaļas, kā parastās baterijas, bet gan daļa no paša objekta struktūras: automašīnas šasijas, klēpjdatora korpusa vai lidmašīnas fuselāžas. Tā kā baterija ir daļa no struktūras, tiek samazināts svars un enerģijas patēriņš. Čalmersa Tehnoloģiskās universitātes pētnieki apgalvo, ka šis sasniegums varētu nozīmēt, ka elektriskais automobilis ar vienu uzlādi varētu nobraukt līdz pat 70 % lielāku attālumu. Patēriņa preču jomā mēs varētu iegūt portatīvos datorus, kas ir divreiz vieglāki, vai mobilos tālruņus, kas ir tikpat plāni kā kredītkarte.
Solījums par vieglākiem un efektīvākiem transportlīdzekļiem
Richa Chaudhary, galvenā autore pētījumā, kas publicēts zinātniskajā žurnālā Advanced Materials, skaidri norāda, ka viņi ir izdevies “izveidot oglekļa šķiedras kompozīta bateriju, kas ir tikpat stingra kā alumīnijs un ar pietiekamu enerģijas blīvumu komerciālai izmantošanai. Tāpat kā cilvēka skelets, baterija vienlaikus pilda vairākas funkcijas”.
Mēs zinām, ka Čalmersa Tehnoloģiskās universitātes pētnieki jau gadiem ilgi meklē galīgo risinājumu šo strukturālo bateriju izstrādei un sadarbojas ar Karalisko Tehnoloģisko institūtu KTH. 2018. gadā tika pierādīts, ka oglekļa šķiedras, kas pazīstamas ar savu vieglumu un izturību, var darboties kā elektrodas litija jonu baterijās. Šis darbs bija tik ietekmīgs, ka žurnāls Physics World to atzina par vienu no desmit lielākajiem zinātnes sasniegumiem gadā.
Kopš tā laika izaicinājums ir bijis uzlabot divus galvenos elementus, kas ne vienmēr darbojas vienā virzienā. Mēs runājam par mehānisko stingrību un enerģijas blīvumu. 2021. gadā viņi panāca, ka šī baterija uzglabā 24 vatus stundā uz katru kilogramu, t. i., mazāk enerģijas nekā parastā baterija. Tagad viņi ir uzlabojuši šo rādītāju līdz 30 vatiem stundā uz kilogramu.
Tomēr to nevar tieši salīdzināt ar pašreizējām baterijām, jo tā nav tikai baterija, bet arī aizstāj daļu no automašīnas vai ierīces struktūras. Tāpēc galvenais ir sistēmas kopējais svars. Leifs Asps, materiālzinātnes profesors Čalmersa Tehnoloģiju universitātē, apgalvo: “Mēs esam veikuši aprēķinus par elektriskajām automašīnām, kas liecina, ka tās varētu nobraukt līdz pat 70 % vairāk nekā šodien, ja tām būtu konkurētspējīgas strukturālās baterijas”.
Tomēr transporta nozarē nepietiek ar to, ka kaut kas ir viegls, tam jābūt arī ļoti izturīgam, lai garantētu drošību. Tāpēc šis sasniegums ir svarīgs. Jaunā baterija ir daudz stingrāka un izturīgāka nekā iepriekš, tā var izturēt tādas pašas slodzes kā alumīnijs, bet sver mazāk. Praksē tas nozīmē, ka tā var būt daļa no transportlīdzekļa konstrukcijas, nezaudējot drošību, un vienlaikus palīdzot samazināt kopējo svaru.
Leif Asp skaidri norāda, ka „daudzfunkcionālo īpašību ziņā jaunā baterija ir divreiz labāka par savu priekšteci un faktiski ir labākā, kāda jebkad ir ražota pasaulē”. Mēs zinām, ka tā ir izgatavota galvenokārt no oglekļa šķiedras un ka šī šķiedra veic gandrīz visu darbu: tā atbalsta struktūru un vienlaikus uzkrāj enerģiju. Vienā daļā tā ir pārklāta ar materiālu, kas palīdz uzglabāt elektrību, bet otrā daļā tā kalpo kā strāvas vadītājs.
Nākotne ir saistīta ar labāku produktu dizainu
Tādējādi vairs nav nepieciešamas smagas metāla detaļas un var izvairīties no problemātiskiem metāliem, piemēram, kobalta. Vēl viena svarīga atšķirība ir baterijas iekšpusē.
Tā vietā, lai izmantotu šķidrumu, tiek izmantots pusciets materiāls, lai pārvietotu enerģiju no vienas puses uz otru. Tas apgrūtina lielas jaudas iegūšanu uzreiz, kas vēl ir jāuzlabo, bet palielina drošību, jo samazina ugunsgrēka risku.
Negatīvā puse ir tā, ka tehnoloģija vēl nav gatava masveida ražošanai. Pāreja no laboratorijas uz ražošanas līniju vēl prasīs laiku un naudu. Lai veiktu šo lēcienu, universitāte ir izveidojusi uzņēmumu Sinonus AB, kura uzdevums būs meklēt reālus pielietojumus un piesaistīt investorus. Ir zināms, ka pirmie, kas no tā iegūs, būs mazie ierīces. Vēlāk šī tehnoloģija varētu tikt izmantota arī automašīnu detaļu barošanai.
Ja runājam par lielajiem transportlīdzekļiem, nepieciešamais ieguldījums būs lielāks, taču arī enerģijas un svara ietaupījums būs lielāks. Būtībā vēstījums ir tāds, ka nākotne nav saistīta tikai ar labākām baterijām, bet arī ar labāk izstrādātiem objektiem, kuru struktūra palīdz ietaupīt enerģiju. Un, ja katrs kilograms ir svarīgs, izmaiņas lietu izgatavošanas veidā var radīt lielu atšķirību.
