Inbakat batteri i karossen gör elbilen superlätt och energisnål

Ett superstarkt batteri gjort av kolfiberkomposit som kan användas både för energilagring och som bärande konstruktion i till exempel en bil. Det är målet för en forskargrupp vid Chalmers tekniska högskola.

– Man kan likna det vid ett mänskligt skelett som har flera funktioner samtidig, säger forskaren Richa Chaudhary, huvudförfattare till en vetenskaplig artikel i tidskriften Advanced Materials.

I de nya labbtesterna har forskarna lyckats öka både styvhet och energitäthet i batteriet. Energitätheten ligger nu på 30 wattimmar per kilo (Wh/kg), jämfört med tidigare uppnådda 24 Wh/kg.

Materialet av kolfiberkomposit är lika styvt som aluminium och kan därmed bära last lika bra. Styvheten i den så kallade strukturella battericellen har ökat från 25 till 70 gigapascal (GPa). Det är viktigt eftersom god styvhet behövs i fordon för att möta säkerhetskraven.

– Att satsa på lätta och energieffektiva fordon är en självklarhet om vi ska hushålla med energin och tänka på kommande generationer. Vi har gjort beräkningar på elbilar som visar att de skulle kunna köra uppemot 70 procent längre än i dag om de hade konkurrenskraftiga strukturella batterier, säger forskningsledare Leif Asp, professor på institutionen för industri- och materialvetenskap vid Chalmers tekniska högskola.

Utöver fordon skulle den nya sortens batteri kunna användas i drönare, handhållna verktyg, bärbara datorer och mobiltelefoner.

– Man kan tänka sig att kreditkortstunna mobiltelefoner eller laptops som väger hälften så mycket som i dag ligger närmast i tiden, säger Leif Asp.

I det tunna och starka batteriet används kolfiber både i den positiva och den negativa elektroden. Den positiva elektroden är belagd med litiumjärnfosfat och grafenoxid (rGO). Kolfiber/grafen fungerar där som en byggställning för litiumet. Det har visat sig vara framgångsrikt jämfört med ett tidigare batteri som presenterades 2021, där byggställningen var aluminiumfolie.

Eftersom kolfibern leder ström minskar behovet av koppar eller silver som strömledare, vilket reducerar vikten ytterligare. Det behövs inte heller några så kallade konfliktmetaller, som kobolt eller mangan.

En utmaning som kräver fortsatt utveckling är att batteriet har en halvfast elektrolyt där litiumjonerna transporteras mellan batteripolerna. Det är utmanande när det gäller att få ut hög effekt, vilket krävs för framdrift av elbilar.

Hur stor batteriyta behövs för att driva en elbil?

– Vi gjorde en tidig studie där vi antog en dubbelt så stor energitäthet som den vi demonstrerat här. Då skulle vi behöva cirka 70 000 strukturella battericeller, att jämföra med de runt 17 000 konventionella celler som finns i en Tesla Model S, säger Leif Asp som märkt ett stort intresse från fordons- och flygindustrin.