Μια μελέτη με διεξήχθη από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας Τσάλμερς της Σουηδίας, έδειξε ότι οι ίνες άνθρακα μπορούν να λειτουργήσουν ως ηλεκτρόδια μπαταριών, αποθηκεύοντας άμεσα ενέργεια. Αυτό το σπουδαίο στοιχείο ανοίγει νέες πόρτες και ευκαιρίες για δομικές μπαταρίες, όπου οι ίνες άνθρακα γίνονται μέρος του ενεργειακού συστήματος. Η χρήση αυτού του τύπου πολυλειτουργικού υλικού μπορεί να συμβάλει σε σημαντική μείωση βάρους στα αεροσκάφη και τα οχήματα του μέλλοντος – μια βασική πρόκληση για την ηλεκτροκίνηση.
Ο Leif Asp, καθηγητής υλικών και υπολογιστικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας Τσάλμερς διεξάγει έρευνα σχετικά με την ικανότητα των ινών άνθρακα να εκτελούν περισσότερα καθήκοντα απ ‘ό, τι απλώς να λειτουργούν ως ενισχυτικό υλικό, όπως για παράδειγμα να αποθηκεύουν ενέργεια.
«Ένα σώμα αυτοκινήτου δεν θα ήταν απλώς ένα φέρον στοιχείο, αλλά θα λειτουργούσε και ως μπαταρία, ανέφερε Leif Asp. «Θα είναι επίσης δυνατή η χρήση των ινών άνθρακα για άλλους σκοπούς όπως η συγκομιδή κινητικής ενέργειας, για αισθητήρες ή για αγωγούς ενέργειας και δεδομένων. Εάν όλες αυτές οι λειτουργίες ήταν μέρος ενός αυτοκινήτου ή ενός αεροσκάφους, αυτό θα μπορούσε να μειώσει το βάρος έως 50%».
Ο Asp είναι επικεφαλής μιας διεπιστημονικής ομάδας ερευνητών που δημοσίευσαν πρόσφατα μια μελέτη σχετικά με το πώς η μικροδομή των ινών άνθρακα επηρεάζει τις ηλεκτροχημικές τους ιδιότητες – δηλαδή την ικανότητά τους να λειτουργούν ως ηλεκτρόδια σε μια μπαταρία ιόντων λιθίου. Μέχρι στιγμής, αυτό ήταν ένα ανεξερεύνητο πεδίο έρευνας.
Οι ερευνητές μελέτησαν τη μικροδομή διαφόρων τύπων εμπορικά διαθέσιμων ινών άνθρακα και ανακάλυψαν ότι οι ίνες άνθρακα με μικρούς και κακώς προσανατολισμένους κρυστάλλους έχουν καλές ηλεκτροχημικές ιδιότητες αλλά χαμηλότερη ακαμψία σε σχετικούς όρους. Εάν συγκριθεί με ίνες άνθρακα που έχουν μεγάλους και σωστά προσανατολισμένους κρυστάλλους, τότε παρατηρείται μεγαλύτερη ακαμψία, αλλά οι ηλεκτροχημικές ιδιότητες είναι πολύ χαμηλές για χρήση σε δομικές μπαταρίες.
Ο Leif Asp πρόσθεσε: «Γνωρίζουμε τώρα πώς πρέπει να κατασκευαστούν πολυλειτουργικές ίνες άνθρακα για να επιτευχθεί υψηλή χωρητικότητα αποθήκευσης ενέργειας, εξασφαλίζοντας παράλληλα επαρκή ακαμψία.Μια ελαφρά μείωση της ακαμψίας δεν αποτελεί πρόβλημα για πολλές εφαρμογές όπως τα αυτοκίνητα. Η αγορά σήμερα κυριαρχείται από ακριβές σύνθετες ίνες άνθρακα των οποίων η δυσκαμψία είναι προσαρμοσμένη στη χρήση των αεροσκαφών. Έτσι, υπάρχει η δυνατότητα για τους κατασκευαστές ινών άνθρακα να επεκτείνουν τη χρήση τους».
Στη παρούσα μελέτη, οι τύποι ινών άνθρακα με καλές ηλεκτροχημικές ιδιότητες είχαν ελαφρώς μεγαλύτερη ακαμψία από το χάλυβα, ενώ οι τύποι των οποίων οι ηλεκτροχημικές ιδιότητες ήταν κακές είναι μόλις πάνω από δύο φορές πιο άκαμπτες από τον χάλυβα.
Οι ερευνητές συνεργάζονται τόσο με την αυτοκινητοβιομηχανία, όσο και με την αεροπορική βιομηχανία. Ο Leif Asp εξηγεί ότι για την αεροπορική βιομηχανία μπορεί να είναι απαραίτητο να αυξηθεί το πάχος των σύνθετων ινών άνθρακα , για να αντισταθμιστεί η μειωμένη ακαμψία των δομικών συσσωρευτών. Αυτό, με τη σειρά του, θα αυξήσει επίσης την ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας.
Το κλειδί είναι η βελτιστοποίηση των οχημάτων σε επίπεδο συστήματος με βάση το βάρος, την αντοχή, την ακαμψία και τις ηλεκτροχημικές ιδιότητες – κάτι που θεωρείται αντικειμενικά ένας νέος τρόπο σκέψης για τον κλάδο της αυτοκινητοβιομηχανίας, αφού είναι γεγονός πως εκεί χρησιμοποιούνται περισσότερο οι ίνες άνθρακα για τη βελτιστοποίηση των μεμονωμένων εξαρτημάτων.
Επιπλέον, η χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα δομικών συστοιχιών θα τους έκανε ασφαλέστερες από τις συνηθισμένες μπαταρίες, ειδικά καθώς δεν περιέχουν κι άλλες πτητικές ουσίε (αποτελούν ιδιαίτερη κατηγορία των χημικών ουσιών).
