Baterie strukturalne, bo o nich mowa, są pewną odmianą akumulatorów litowo-jonowych, która wyróżnia się jednym ważnym aspektem. Są one jednocześnie nośnikiem energii, jak i elementem konstrukcyjnym. Baterie strukturalne można konstruować jako integralną część samochodu elektrycznego lub magazyn energii. Nie można ich wyjmować, wymieniać na inne modele, ale dzięki temu stanowią silne wsparcie mechaniczne dla całej konstrukcji pojazdu czy jednostki magazynującej.
Czytaj też: Błyskawiczne ładowanie akumulatora. Chińska technologia wytycza nowe standardy
Badacze z Uniwersytetu Szanghajskiego podzielili się na łamach periodyku Composites Science and Technology swoim nowatorskim podejściem do konstruowania baterii strukturalnych. Osnowy tej technologii są dobrze znane światu nauki od lat, ale wciąż jeszcze nikt nie opracował wydajnych takich nośników energii w wersji skalowalnej. Naukowcy doskonale zdawali sobie sprawę, że baterie strukturalne mają kilka ograniczeń, do których należą niska gęstość energii i słabe osiągi cykli operacyjnych.
Bateria strukturalna – odmiana akumulatora litowo-jonowego, której nie wymienisz na nowszą
Wobec tego zastosowali oni interesującą metodę wytwarzania polegającą na druku 3D. Technika ta jest bardzo rozpropagowana na świecie – dzięki drukarkom 3D projektuje się i wytwarza wiele produktów, w tym również komponentów elektronicznych. Chińscy uczeni mieli zatem możliwość precyzyjnego zaprojektowania szkieletu akumulatora i jego elementów konstrukcyjnych, które będą odporne na wszelkie odprężenia mechaniczne.
Czytaj też: Szybko się ładuje, długo żyje i nie wybucha. Chiny przekonują świat do swojego akumulatora
Efektem ich pracy były nie tylko obliczenia, ale i rzeczywisty niewielki model baterii strukturalnej. Do jej budowy wybrano wysokowydajne materiały elektrodowe i elektrolity, żeby wpłynąć na wzrost gęstości energii i cykl życiowy jednostki. Podczas badań przeprowadzano także symulacje różnych scenariuszy uszkodzeń baterii, które pozwoliły na optymalizację projektu akumulatora w tym zakresie.
Jak więc działał finalny produkt? Przede wszystkim wytrzymywał on bardzo duże naprężenia rozciągające i zginające. Cechował się gęstością energii na poziomie 120 Wh/kg. Co więcej, po 500 cyklach pracy akumulator zachował 92 proc. swojej pierwotnej pojemności. Przy naprężeniu rozciągającym 80 MPa zachowywał 98,7 proc. pojemności, a przy naprężeniu zginającym rzędu 96,3 MPa – 97 proc.
Czytaj też: Pożegnajmy kobalt w akumulatorach. Przestaniemy wreszcie doić Afrykę dla własnych korzyści
Możemy zatem zauważyć, że baterie strukturalne wcale nie są takim złym pomysłem w branży akumulatorowej. Dzięki strategii opartej na druku 3D można zaprojektować maksymalnie odporną na odkształcenia konstrukcję. Jak przekazują naukowcy, w dalszych krokach będą analizować potencjał baterii strukturalnych nadających się do zastosowania w bezzałogowych statkach powietrznych i w robotach.
