Hiilikuiturakenneakkujen odotetaan lisäävän sähköajoneuvojen ajomatkaa tulevaisuudessa 70 %.
Kun autot, lentokoneet, laivat tai tietokoneet valmistetaan materiaalista, joka toimii sekä akuna että kantavana rakenteena, voidaan niiden painoa ja energiankulutusta vähentää merkittävästi. Viimeisimmässä numerossa 10. päivänä julkaistun paperin mukaanEdistyneet materiaalit, ruotsalaisen Chalmersin teknillisen yliopiston tutkimusryhmä on edistynyt "massattomassa energian varastoinnissa" kehittämällä monitoimisen hiilikuiturakenneakun. Tämä akku voi puolittaa kannettavien tietokoneiden painon, tehdä älypuhelimista yhtä ohuita kuin luottokortit tai lisätä sähköajoneuvojen ajomatkaa 70 % yhdellä latauksella.
Chalmersin teknillisen yliopiston tutkija Rika Chaudhuri totesi, että heidän kehittämänsä rakenneakku on valmistettu hiilikuitukomposiittimateriaaleista, joiden jäykkyys on verrattavissa alumiiniin ja energiatiheys riittävä kaupallisiin sovelluksiin. Rakenneakku on materiaali, joka voi sekä varastoida energiaa että kantaa kuormia. Akkumateriaalien integroiminen tuotteiden varsinaiseen rakentamiseen tarkoittaa, että sähköajoneuvot, droonit, käsityökalut, kannettavat tietokoneet ja älypuhelimet voivat olla kevyempiä.
Vuonna 2018 tiimi osoitti ensimmäisen kerran, että hiilikuitu, jolla on korkea jäykkyys ja kovuus, voi varastoida sähköenergiaa kemiallisesti ja toimia elektrodina litiumioniakuissa. Tämä tutkimus sai laajaa huomiota ja tunnustiFysiikan maailmayhtenä kymmenen suurimman läpimurron joukossa kyseisenä vuonna.
Siitä lähtien tutkimusryhmä on kehittänyt konseptiaan edelleen parantamalla akun jäykkyyttä ja energiatiheyttä. Vuonna 2021 ne nostivat energiatiheyden 24 wattituntiin kiloa kohden (Wh/kg), mikä on noin 20 % vastaavien litiumioniakkujen kapasiteetista. Nyt he ovat nostaneet energiatiheyden 30 Wh/kg. Vaikka tämä on edelleen alhaisempi kuin nykyisin tavalliset akut, vaikutus on huomattavasti erilainen. Kun akuista tulee osa rakennetta ja ne voidaan valmistaa kevyistä materiaaleista, ajoneuvon kokonaispainoa voidaan vähentää huomattavasti. Tämän seurauksena sähköajoneuvojen energiantarve pienenisi huomattavasti.
Tutkijat suorittivat laskelmia sähköajoneuvoista ja havaitsivat, että jos ne varustetaan uudella rakenneakulla, ajomatka voisi kasvaa jopa 70 % nykyisestä tasosta. Myös rakenteellisten akkuyksiköiden jäykkyys on parantunut merkittävästi, kun gigapascaleina (GPa) mitattu kimmomoduuli on noussut 25:stä 70:een. Tämä tarkoittaa, että materiaali kestää alumiinin tavoin kuormitusta, mutta on kevyempää.
Tutkijat totesivat, että monitoiminnallisuuden näkökulmasta uuden akun suorituskyky on kaksinkertainen edelliseen sukupolveen verrattuna, mikä tekee siitä maailman parhaan akun tähän mennessä. Ennen kuin akkukennot voivat siirtyä pienimuotoisesta laboratoriotuotannosta laajamittaiseen valmistukseen ja sovelluksiin teknologisissa tuotteissa tai ajoneuvoissa, on kuitenkin vielä tehtävä merkittävä määrä suunnittelutyötä.
