Magazyn energii z włókna węglowego?

Sinonus, przedsiębiorstwo typu spin-out z Chalmers Technical University (CTU) w Szwecji, opracowali unikalny materiał z włókna węglowego. Może on magazynować energię elektryczną, umożliwiając magazynowanie energii w istniejących strukturach dla różnych branż - od pojazdów elektrycznych i samolotów po łopaty turbin wiatrowych.

Innowacyjny pomysł teraz w rękach Sinonusa

Firma Sinonus została założona w 2022 r., rok po tym, jak naukowcy z Chalmers Technical University (CTU) oraz firmy Chalmers Venture znaleźli sposób na użycie swoich kompozytów z włókna węglowego w rzeczywistych zastosowaniach. Obecnie Sinonus twierdzi, że jest u progu komercjalizacji swojej technologii.

"Sinonus opracował niesamowity kompozyt włókna węglowego, który może służyć jako bateria. Zastępując część materiału konstrukcyjnego w systemach/zastosowaniach naszym uniwersalnym kompozytem, możliwe jest zwiększenie pojemności magazynowania energii elektrycznej przy stałej wadze i objętości lub zmniejszenie masy i objętości systemu przy stałej pojemności akumulatora (i oczywiście pewnej ich kombinacji)". - czytamy we wpisie w serwisie LinkedIn dyrektor generalny Markus Zetterström.

Firma Sinonus już teraz wymienia baterie AAA w produktach o niskim poborze mocy w swoim laboratorium. W przyszłości chcą rozszerzyć tę technologię do zastosowania w urządzeniach, pobierających więcej mocy takich jak IoT, drony czy komputery, a docelowo do energochłonnego sprzętu takiego jak samochody czy samoloty.

Włókna węglowe magazynem energii

Technologia włókna węglowego używana w Sinonus pochodzi z Oxeon, innej spółki związanej z Chalmers Venture. Zostało ono użyte w łopatach śmigła do helikoptera NASA Ingenuity na Marsie. Według firmy zostały one wybrane przez zespół inżynierów ze względu na ich ultralekkość i cienkość. 

Specyficzny podzbiór włókien węglowych ma zdolność zarówno do magazynowania energii elektrochemicznie jak i odpowiednią sztywność strukturalną. Sinonus zamierza wykorzystać tę wielofunkcyjność do produkcji akumulatorów strukturalnych na bazie włókna węglowego, które mogą nie tylko magazynować energię, ale także stać się integralną częścią struktury produktu. 

Magazynowanie energii elektrycznej we włóknie węglowym może się okazać nie tak wydajne jak w przypadku tradycyjnych akumulatorów. Może mieć jednak inne przewagi. 

Redukcja masy kluczem do większej wydajności?

Gdyby samoloty pasażerskie miały być zasilane energią elektryczną, musiałyby być znacznie lżejsze niż obecnie. Redukcja masy jest również ważna w przypadku pojazdów drogowych, umożliwiając zwiększenie zasięgu jazdy na jednym ładowaniu akumulatora.

Leif Asp, profesor mechaniki materiałowej i obliczeniowej na Uniwersytecie Kalifornijskim wraz z swoim zespołem odkrył, że akumulatory strukturalne oparte na włóknach węglowych mogą zmniejszyć masę samochodów i samolotów nawet o 50%. Dodatkowo mogą one funkcjonować nie tylko jako źródło zasilania, ale także jako część konstrukcji np. w karoserii samochodu.

Niska gęstość energii - wyzwanie czy korzyść?

W 2021 roku związani z projektem naukowcy z CTU osiągnęli kolejny kamień milowy, ogłaszając baterię strukturalną, która działa dziesięć razy lepiej niż wszystkie poprzednie wersje. Zawiera włókno węglowe, które służy jednocześnie jako elektroda, przewodnik i materiał nośny. Akumulator ten miał gęstość energii na poziomie 24 Wh/kg. Było to około 20% pojemności w porównaniu z podobnymi akumulatorami litowo-jonowymi dostępnymi w tamtym czasie.

Gęstość energii materiału zależy od wymaganych właściwości strukturalnych i elektrycznych w ostatecznym produkcie. Im wyższe są potrzeby czy specyfikacje strukturalne, tym niższa staje się gęstość energii (i na odwrót).

Pomimo, że sceptycy twierdzą, że osiągnięty wynik gęstości energii jest zbyt niski, osoby związane z projektem przekonują, że przyniesie to korzyści. Ich zdaniem niższa gęstość energii, pociągająca za sobą eliminacje lotnych chemikaliów sprawi, że baterie takie będą bezpieczniejsze i zmniejszą ryzyko w przypadku awarii.