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新型电池-超级电容混合材料,有望提升电动汽车的加速能力

来源:中国国际复合材料展览会|

发表时间:2022-03-11

点击:20615

近期,中佛罗里达大学(UCF)的研究团队发现了新型的电池-超级电容混合材料,有望在将来的电动汽车“动力套装”中发挥重要的作用。在电池研究中,有个方向主要涉及提升下一代材料的强度、耐用性和储能潜力,比如设想让车体兼作电池。UCF的这项新研究,不仅能够拓展 EV 的续航里程,还可同步提升其加速能力。



此前,已有其它研究团队,甚至大牌汽车制造商在结构电池领域取得的一些有趣进展。比如早在 2013年,沃尔沃就展示过具有储能潜力的碳纤维车身面板。


若能结合高能量密度电池和放电率惊人的超级电容,电动汽车的两项特性都将得到显著提升。而本文介绍的 UCF 研究项目,就涉及一种具有独特性能的新材料。



材料结构与工艺说明


据悉,这种新材料不仅具有令人印象深刻的储能潜力,还具有可承受意外事故的结构强度。如上图所示,科学家们尝试将带正负电的碳纤维层交替堆叠到了一起。


通过在其中夹上石墨烯片,还可进一步提升其储电能力。再让堆叠结构连接到涂有金属氧化物的电极上,以增加设备的电压和能量密度。



材料机械性能测试 - 拉伸 / 弯曲 / 冲击试验


最终我们见到了这样一种超级电容器 —— 其机械性能如钢铁般坚固,但质量又比铝要轻,且拥有许多电动汽车所需的特性。


若用于典型的车身外壳(兼作电池),其有望将续航里程增加25% —— 从 200 英里(321 公里)轻松提升至 250 英里(402 公里)。



材料的杨氏模量 / 纵向刚度计算


研究者 Kowsik Sambath Kumar 指出:“当前电池占据了 EV 重量的三四成,但若换用新型储能复合材料,便可在不增加电池重量的情况下增加续航里程,或保持同等续航而减轻车重。此外,该材料具有极高的抗拉伸、弯曲、冲击强度。”


得益于类似超级电容器的特性,新材料还可快速释放电,从而极大地推动电动汽车的加速表现。更棒的是,新材料无毒且不易燃,对于道路安全也有着相当重要的意义。至于充放电循环寿命,也是传统 EV 动力电池的十倍。



冲击试验后断裂的样品


研究者 Jayan Thomas 补充道:“与以往存在有毒物质、易燃有机电解质、低生命周期等性能较差的解决方案相比,新材料无疑是一个巨大的进步。”


展望未来,科学家们还希望将这项技术运用到无人机、便携式可穿戴设备(如智能眼镜 / VR 头显),甚至畅想在太空环境中的卫星上使用。


Deepak Pandey 指出:“通过取代笨重的电池组,新型复合材料可让立方体卫星变得更加轻巧,从而节省每次数千美元的发射费用,或者将省下的空间用于容纳更多传感器、测试设备和卫星功能组件。”


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