Ученые из Университета Центральной Флориды разработали композитный материал, расширяющий потенциал литиевых батарей для электромобилей. Авторы называют свое решение «силовым костюмом» для элементов питания. С этой технологий батареи в электромобилях будут меньше подвержены возгоранию и увеличат запас хода минимум на 25%. То есть, электрокары с пробегом 320 км смогут проехать дополнительные 80 км, но их вес при этом не изменится.
В основу нового гибридного устройства положен материал нового поколения с функцией накопления энергии. Чтобы сконструировать его, инженеры создали положительно и отрицательно заряженные слои углеродного волокна. Последние были уложены в чередующемся порядке — таким образом ученые собрали прочный энергоаккумулирующий композит. В дополнение новый материал получил полоски углеродного графена с несколькими видами оксидов металлов. После серии экспериментов ученые нашли оптимальный состав и создали «суперконденсаторную батарею».
«Наша идея состоит в том, чтобы использовать новую оболочку для хранения энергии в дополнение к энергии, которая содержится в батареях. Преимущество заключается в том, что этот композит может уменьшить вес автомобиля и увеличить пробег на одной зарядке. Он такой же прочный, как сталь или даже прочнее. Но при этом намного легче», — говорит Джаян Томас, один из разработчиков.
Листы из графена, прикрепленные к слоям углеродного волокна, обеспечили повышенную способность материала накапливать заряд. В то же время оксиды металлов, нанесенные на прикрепленные электроды, повысили напряжение и обеспечили высокую плотность энергии. При этом жизненный цикл готовой батареи не пострадал — разработчики утверждают, что ресурс циклов зарядки-разрядки у их аккумулятора в 10 раз больше, чем у нынешних коммерческих элементов питания электромобилей.
Среди дополнительных преимуществ изобретения ученые выделили нетоксичность и негорючесть. Благодаря своей конструкции, в которой используется несколько слоев углеродного волокна, материал обладает необходимой ударной вязкостью и прочностью для противостояния автомобильному столкновению. Даже в случае серьезного ДТП новая батарея лишь деформируется, но не загорится. Система также работает как суперконденсатор, поэтому способна повысить мощность электрокаров — например, на разгон от 0 до 100 км/ч уйдет всего за 3 секунды.
В перспективе технология может пригодиться не только в автопроме, но и в ракетостроении, при разработке дронов, а также для производства потребительской электроники.