Batterier i elbilar har historiskt bestått av rejäla ”batterilådor” som monteras i karossen på en bil. De är tåliga, förstärkta och ska kunna stå emot kraftiga smällar. Även karossen i en bil är tålig på samma sätt för att skydda vid kollisioner.
Detta är förstärkningar som väger mycket, är kostnadsdrivande och dessutom skapar en onödig redundans eftersom både batterilådans och karossens förstärkningar gör samma sak. Därför har branschen i allt större utsträckning låtit själva batterilådan bli den förstärkta delen av bilens konstruktion. Något som kallas för strukturella batteriet. Nu tar forskare vid Chalmers tekniska högskola det hela till nästa nivå.
– Vi har lyckats skapa ett batteri av kolfiberkomposit som är styvt som aluminium och tillräckligt energitätt för att användas kommersiellt. Precis som ett mänskligt skelett har batteriet flera funktioner samtidigt, berätter Chalmersforskaren Richa Chaudhary.
Forskarna vid Chalmers presenterar har tagit fram det man kallar för masslös energilagring. De har utvecklat ett batterikonceptet som är baserat på ett kompositmaterial och har kolfiber som både positiva och negativa elektroder, där den positiva elektroden är belagd med litiumjärnfosfat.
Resultatet är ett strukturellt batteri som både kan lagra energi och kan bära laster. På så vis blir det energilagrande batterimaterialet en del av det förstärkande byggmaterialet i en produkt.
Det gör att batteridrivna produkter som inkluderar allt från mobiltelefoner, bärbara datorer, handhållna verktyg till elbilar kan göras lättare. Enligt forskarnas beräkningar kan räckvidden hos en elbil ökas med upp till 70 procent på en laddning, genom ökad batterikapacitet och bättre effektivitet genom lägre vikter.
– Att investera i lätta och energieffektiva fordon är en självklarhet om vi ska hushålla med energi och tänka på framtida generationer. Vi har gjort beräkningar på elbilar som visar att de skulle kunna köra upp till 70 procent längre än idag om de haft konkurrenskraftiga strukturella batterier, säger forskningsledaren Leif Asp, som är professor vid institutionen för industri- och materialvetenskap på Chalmers.
Ännu har forskarna ett tag kvar att förfina tekniken innan den kan kommersialiseras, men man ser att tekniken kan ha en framtid i både elbilar och exempelvis elflyg. Inom konsumentelektronik tänker man sig kreditkortstunna batterier i mobiltelefoner och bärbara datorer som då får en halverad vikt.
Forskarna måste bland annat få upp energitätheten i batteriet innan den kan få en praktisk användning. Idag är forskarna uppe i en energimängd på 30 Wh/kg, vilket är mycket lägre än dagens mest moderna batterier. Men eftersom batteriet kan bli en del av bilens konstruktion på ett helt annat sätt kan man minska fordonets vikt kraftigt. Då krävs det inte alls lika mycket energi för att exempelvis köra en elbil.
