Dieses Material ermöglicht es ihm, Energie zu speichern und sein Gewicht um die Hälfte zu reduzieren

Dieses Material ermöglicht es ihm, Energie zu speichern und sein Gewicht um die Hälfte zu reduzieren
Dieses Material ermöglicht es ihm, Energie zu speichern und sein Gewicht um die Hälfte zu reduzieren
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Die Lithium-Ionen-Batterietechnologie ist eine der am häufigsten verwendeten in unserem täglichen Leben. Sie finden sich in Smartphones, aber auch in Laptops, Kopfhörern, Elektroautos oder kabellosen Heimwerkerwerkzeugen, die in Spanien täglich genutzt werden. Obwohl sich ihre Kapazität und Haltbarkeit in den letzten Jahren stark verbessert haben, nehmen sie immer noch viel Platz ein, sind gefährlich und gefährlichJa Es ist schwierig, ihre Energiedichte weiter zu erhöhen, um sie weniger schwer zu machen.

Um dieses Problem zu lösen, setzen Unternehmen und Wissenschaftler auf Lösungen wie Schwerkraftbatterien in Gebäuden oder die Herstellung von Materialien, die Energie direkt im Gehäuse der Geräte selbst speichern können. In diesem Sinne hat eine der vielversprechendsten Untersuchungen damit zu tun die Eigenschaften von Kohlefasern, Energie elektrochemisch zu speichern und fungieren nach einem aufwändigen Herstellungsprozess als Elektroden.

Daran arbeitet das schwedische Startup Sinonus, a ausgründen von der Technischen Universität Chalmers in Göteborg, die gerade ihre Absicht angekündigt hat Dieses Material kommerzialisieren, um alle Arten von Geräten mit Strom zu versorgenbeginnend mit kleinen Sensoren, aber mit Blick auf Drohnen, Computer, Autos und sogar Rotorblätter oder Gebäude von Windkraftanlagen.

Kohlefaser

Wie die Verantwortlichen von Sinonus auf ihrer Website erklären, ist es üblich, Strukturen und Gehäuse aus Einwegmaterialien zu bauen. Im Fall von Kohlenstofffasern wird es aufgrund seiner Eigenschaften in Branchen wie der Raumfahrt, der Luftfahrt oder der Automobilindustrie sehr geschätzt hohe mechanische Beständigkeit und geringe Dichte.

Batterien sind für den Betrieb unzähliger Geräte unerlässlich und einer der Schlüssel zur Revolution der elektrischen und erneuerbaren Energien. Normalerweise erfüllen sie jedoch nur die Speicherfunktion. „Unter dem Gesichtspunkt der Wirksamkeit Die einmalige Nutzung kostet Volumen, Gewicht und Gesamtleistung des Systems“, behaupten sie im Sinonus.

Sinonus-Carbonfaser-Diagramm

Sinonus

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Dank der von Oxeon entwickelten Technologie, die ebenfalls von der Chalmers University abhängig ist und für Elemente wie die Rotorblätter des Ingenuity-Hubschraubers der NASA verantwortlich ist (der sich nach 72 Missionen vom Mars verabschiedet hat und seine ursprünglichen Ziele weit übertroffen hat), Kohlefaser kann beide Funktionen bieten: strukturelle Festigkeit und Energiespeicherung.

Um dies zu erreichen, haben Sinonus-Techniker den strukturellen Widerstand von Kohlenstofffasern und ihre elektrochemischen Eigenschaften genutzt, um als Elektroden in einer Batteriezelle zu fungieren, in Verbindung mit einem speziell entwickelten Elektrolyten, um den Stromkreis zu „schließen“. Damit wird das Ziel erreicht, „leichte und strukturell stabile Konstruktionen mit integrierter elektrischer Speicherkapazität herzustellen“, was auch der Fall ist sicherer als Lithium-Ionen-Batteriengefährlich, weil sie leicht entzündlich sind.

Praktische Anwendungen

Als erstes Unternehmen nutzte dieses Material das schwedische Unternehmen hat erfolgreich AAA-Batterien in kleinen Geräten ersetzt, die einen geringen Stromverbrauch benötigen durch Kohlefaser mit zufriedenstellenden Ergebnissen. „Die Speicherung elektrischer Energie in Kohlefasern ist möglicherweise nicht so effizient wie herkömmliche Batterien, aber da unsere Kohlefaserlösung auch über eine strukturelle Belastbarkeit verfügt, können auf Systemebene sehr große Gewinne erzielt werden“, erklärte er Markus Zetterström, der neu ernannte CEO , im Online-Medium Aufladen.

Die Herausforderung besteht nun darin, die Technologie zu skalieren und zu verbessern, um sie an voluminösere Elemente und Systeme mit höherem Energiebedarf anzupassen. Eines der großen Ziele sind die Rotorblätter von Windkraftanlagen, meist aus Kohlefaser. Diese gigantischen Strukturen könnten also nicht nur große Energiemengen erzeugen, wenn der Wind weht, sondern diese auch speichern, um eines der Hauptprobleme erneuerbarer Energien zu überwinden: ihre Intermittivität.

Eine Kohlefaserplatte mit Energiespeichereigenschaften

Sinonus

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Auch im Automobil-, Schifffahrts- oder Luftfahrtsektor ist sein Potenzial enorm. Kohlefaser ist in diesen Branchen weit verbreitet und wäre eine Möglichkeit, die Belastung riesiger Lithium-Ionen-Batterien zu verringern, die manchmal 50 % des Gewichts eines Elektrofahrzeugs ausmachen können. Untersuchungen der Chalmers University kamen genau zu dem Ergebnis Eine Gewichtsreduzierung der Batterien in Elektroautos und -booten könnte deren Reichweite erhöhen bis zu 70 %.

Zetterström ging noch einen Schritt weiter und wagte nicht nur die Rede von Windkraftanlagen, Autos, Schiffen und Flugzeugen, sondern wagte sogar die Vorhersage, dass in der Zukunft Die Gebäude selbst könnten Strukturelemente aus Kohlefaser aufweisen die als Großbatteriesysteme dienten.

Superkondensatoren

Kohlefaser hat in diesem Bereich ein enormes Potenzial und hat bereits für erhebliche Fortschritte im Bereich der Superkondensatoren gesorgt sind fähig zu Energie sehr schnell speichern und wieder abgeben. Sie sind eine sehr attraktive Alternative zu herkömmlichen Batterien, da sieJa Die Materialien, aus denen sie bestehen, sind üblich (Aluminium, Kohlenstoff, Zellulose, Polymer…), was den Verzicht auf Lithium und andere Komponenten bedeutet, die schwer zu recyceln sind.

Eine der neuesten Entwicklungen auf diesem Gebiet stammt von einem Forscherteam der University of California in San Diego, das es entwickelt hat ein struktureller Superkondensatordas sowohl strukturelle Unterstützung als auch Energiespeicherkapazität bieten kann.

Der Rumpf eines kleinen Schiffes, bedeckt mit Superkondensatormaterial

David Baillot / UC San Diego

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Es bekommen, Sie stellten die Elektroden aus Kohlenstofffasern her, die in einem Stoff verflochten waren, beschichtet mit einer Mischung aus leitfähigem Polymer und reduziertem Graphenoxid. Diese Materialien verbessern den Ionenfluss deutlich und erhöhen somit die Speicherkapazität.

Der andere grundlegende Bestandteil dieses neuen Superkondensators ist der Festelektrolyt, der aus der Verbindung von Epoxidharz und Polyethylenoxid entsteht und dem Material eine größere strukturelle Unterstützung verleiht und die Beweglichkeit der Ionen begünstigt. Um die Leistungsfähigkeit ihres Fundes zu demonstrieren und zu testen, nutzten die Ingenieure ihn Baue den Rumpf eines einfachen Solarbootes. Sobald es an die Form des Bootes angepasst war, wurde ein kleiner Motor zum Antrieb installiert und ein Stromkreis mit einer Photovoltaikzelle verbunden.

Lulu Yao, Doktorandin der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik und Erstautorin des in der Fachzeitschrift veröffentlichten Artikels Wissenschaftliche Fortschritte, betrachtet es als einen wichtigen ersten Schritt in einer viel ehrgeizigeren Untersuchung. „Unsere zukünftige Arbeit wird sich darauf konzentrieren, die Energiedichte unseres Superkondensators zu erhöhen, bis sie mit der einiger Batterien vergleichbar ist. Das ultimative Ziel wäre es, sowohl eine höhere Energie- als auch Leistungsdichte zu erreichen.“

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