使用碳纖維材料可大大降低未來飛機(jī)和汽車的重量，比如客機(jī)如果想要使用電力驅(qū)動，就需要比現(xiàn)在的重量輕得多，而為了延長電動汽車單次續(xù)航的行駛距離，減輕車身重量也是至關(guān)重要的。

 

       查爾默斯理工大學(xué)材料與計(jì)算力學(xué)教授Leif Asp對碳纖維執(zhí)行更多任務(wù)的能力進(jìn)行了研究，例如，它們可以儲存能量，而不僅僅是讓它作為增強(qiáng)材料來使用。

 

       他表示:“這樣一來，車身就不僅僅是一個(gè)承重元件，還可以充當(dāng)電池。”“還可以將碳纖維用于其他用途，如收集動能、傳感器或能量和數(shù)據(jù)的導(dǎo)體。”如果所有這些功能都是汽車或飛機(jī)機(jī)身的一部分，那么重量可以減少50%。

 

       Leif Asp教授領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)多學(xué)科的研究小組，他們最近發(fā)表了這項(xiàng)關(guān)于碳纖維微觀結(jié)構(gòu)如何影響其電化學(xué)性質(zhì)的研究——也就是說，它們在鋰離子電池中作為電極工作的能力。到目前為止，這還是一個(gè)未開發(fā)的研究領(lǐng)域。

 

       研究人員研究了不同類型的商用碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，具有小而不定向晶體的碳纖維具有良好的電化學(xué)性能，但相對硬度較低。如果將其與碳素纖維相比，后者具有有大而高度定向的晶體以及更大的硬度，但是后者電化學(xué)性質(zhì)太低，不能用于結(jié)構(gòu)電池。

  

       Asp教授說:“我們現(xiàn)在知道了如何制造多功能碳纖維來獲得高儲能能力，同時(shí)保證足夠的硬度。”“對汽車等許多應(yīng)用來說，稍微降低硬度并不是問題。”目前市場主要是昂貴的碳纖維復(fù)合材料，其硬度是為飛機(jī)使用量身定制的。因此，碳纖維制造商在這方面有一定的潛力來擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

 

       在研究中，具有良好電化學(xué)性能的碳纖維的硬度略高于鋼，而電化學(xué)性能較差的碳纖維硬度僅為鋼的兩倍多。

 

       目前，研究人員正在與汽車和航空工業(yè)合作。Leif Asp解釋說，對于航空業(yè)來說，可能需要增加碳纖維復(fù)合材料的厚度，以彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)電池剛度的降低。這反過來也會增加它們的儲能能力。

 

       “最關(guān)鍵的是在系統(tǒng)層面上優(yōu)化車輛——基于重量、強(qiáng)度、剛度和電化學(xué)性能。這對汽車行業(yè)來說是一種新的思維方式，汽車行業(yè)更習(xí)慣于優(yōu)化單個(gè)零部件。結(jié)構(gòu)電池可能不會像傳統(tǒng)電池那樣高效，但由于它們具有結(jié)構(gòu)承重能力，在系統(tǒng)層面上可以獲得很大的收益。

 

       他接著說，“此外，結(jié)構(gòu)電池的能量密度較低，會比標(biāo)準(zhǔn)電池更安全，尤其是它們也不會含有任何揮發(fā)性物質(zhì)。”