EV前進:構造体バッテリー向け軽量コンポジット
電気自動車(EV)開発エンジニアが直面する課題の1つは、モーターに電力を供給するために必要なバッテリーの質量です。バッテリーは重い。航続距離(EVに最も求められる機能の1つ)を得るには十分なバッテリー容量が必要ですが、より多くのバッテリーはより多くの質量を意味し、より多くの質量は航続距離の低下を意味するという、ある種の悪循環になります。
スウェーデンのチャルマース工科大学の研究者たちは、この問題の解決策となり得るバッテリーを開発しました。これはエネルギーを蓄えるだけでなく(24Wh/kg)、25GPaの剛性を持つ構造サポートも提供します。
チャルマース教授で研究プロジェクトを率いるレイフ・アスプ氏は、KTH王立工科大学(スウェーデン・ストックホルム)との協業で実施されているこの研究について、「これまでの構造体バッテリーの試みは、優れた機械的特性か優れた電気的特性のいずれかしか得られませんでした。しかし、カーボンファイバーを用いることで、競争力のあるエネルギー貯蔵容量と剛性の両方を備えた構造体バッテリーの設計に成功しました」と述べています。
Advanced Energy and Sustainability Research(vol.2, issue3)の論文で、アスプ氏と共著者たちはこのバッテリーを次のように説明しています:
「構造体バッテリー・コンポジットは、CF(カーボンファイバー)負極とアルミニウム・フィルム支持正極が、SBE(構造体バッテリー電解質)マトリックス材料中のGF(ガラス繊維)セパレーターで分離された構造です。したがって、CFはLiのホスト(活物質)、電子伝導、材料強化の役割を果たします。同様に、正極箔は機械的・電気的機能を兼ね備えます。SBEはLiイオン輸送を促進し、繊維、粒子、プライ間で機械的荷重を伝達します。セパレーター厚みと構造、材料異方性の多機能性能への影響を調べるため、Whatman GF/AとGF平織りの2種類のGFファブリック・セパレーターをモデル材料として使用しています。」
現在、アルミニウム・フィルムをカーボンファイバーに置き換え、より薄いガラス繊維セパレーターを使用した新しい構造体バッテリーの開発に取り組んでいます。
アスプ氏は、更なる研究により、エネルギー密度75Wh/kg、剛性75GPaのバッテリーが実現可能と期待しています。
「消費者技術を見ると、数年以内に今日の半分の重量で、はるかにコンパクトなスマートフォン、ノートPC、電動自転車の製造が十分可能になるでしょう」とアスプ氏は語っています。
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