如果采用一种既能用于电池又能用作承载结构的材料，汽车、飞机、轮船或电脑的重量和能耗就会大大降低。据外媒报道，查尔姆斯理工大学（Chalmers University of Technology）的研究人员开发出突破性碳纤维复合电池。这种创新结构电池技术有望将笔记本电脑等电子设备的重量减半，使手机变得像信用卡一样薄。更重要的是，它可以将电动汽车（EV）的单次充电续航里程延长70%。
（图片来源：onlinelibrary.wiley.com）
查尔姆斯理工大学研究结构电池已有数年。2018年，该团队与瑞典皇家理工学院（KTH Royal Institute of Technology）合作，发现硬且坚固的碳纤维可以化学方式储存电能。自那时起，研究人员不断完善其概念。2021年，这些电池的能量密度达到了24Wh/kg，大约为传统锂离子电池容量的20%。现在，这一最新研发成果将该数字提升至30 Wh/kg。尽管仍低于现有电池，但通过结构整合大大减轻了整体重量，并提高能源效率。也就是说，当电池成为结构的一部分，并且可以由轻量化材料制成时，车辆的整体重量将大大减轻。那么，就不需要那么多的能量来驱动一辆电动汽车。
此次开发的电池概念基于复合材料，正极和负极均采用碳纤维，其中正极涂有磷酸铁锂。而在之前提出的电池概念中，正极的核心是由铝箔制成的。电极材料中使用的碳纤维具有多种功能，在负极可以充当增强材料，以及集电器和活性材料，在正极则充当增强材料、集电器和锂构建支架。
所有组件都嵌入结构电池电解质中并固化，以提供电池刚性。使用薄隔膜可以提高结构电池的能量密度。测试显示，这种结构电池复合材料的能量密度为30 Wh kg −1，循环稳定性高达1000次循环，库仑效率约为100%。研究负责人Leif Asp表示：“我们对电动汽车进行了计算。结果表明，如果电动汽车采用具有竞争力的结构电池，其续航时间可以比现在延长70%。”
此类结构电池将储能与机械功能融为一体，从而帮助大量应用减轻重量，并减少了材料使用量。另外，这种新电池采用半固体电解质，克服了易燃液体电解质带来的安全问题。通过在电极和增强材料中使用碳纤维，可以充分减少对铜和铝等额外材料的需求，从而进一步减重。研究人员Richa Chaudhary表示：“这种碳纤维复合电池的硬度与铝一样高，并具有足够高的能量密度，可以投入商业使用。就像人体骨骼一样，这种电池同时具有多种功能。”
虽然该团队取得的进展令人鼓舞，但在扩大生产规模以供广泛使用方面仍然存在挑战。随着技术不断发展，这一突破将有助于人们进一步实现未来愿望，使车辆和设备变得更轻、更高效，而且性能大大提升。
