În viitorul apropiat, bateriile din componența vehiculelor electrice vor deveni destul de accesibile, astfel încât prețul unui astfel de autoturism să fie similar cu cel al unui vehicul de dimensiuni echivalente cu motor termic. Totuși, masa acestor vehicule electrice va fi în continuare mai mare decât cea a vehiculelor convenționale. Pe măsură ce producătorii implementează baterii mai mari, cu care să se poată atinge autonomii mai mari, această diferență devine din ce în ce mai mare, masa acumulatorilor reprezentând 20-25% din masa totală a vehiculului.
Totuși, există o soluție: transformarea unor componente structurale ale mașinii în baterii. Aceasta este o abordare pe care grupurile din întreaga lume o urmăresc de ceva vreme, iar ideea a fost explicată de către directorul tehnologic al companiei Volvo, Henrik Green, la începutul lunii martie. „În cazul unei abordări tradiționale, celula este pusă într-o cutie, denumită modul. Un număr mai mare de module formează un pachet. Pachetul reprezintă soluția standardizată. Totuși, în esență, aceasta este o soluție destul de ineficientă în ceea ce privește greutatea și spațiul ocupat. Așadar, în prezent se dorește integrarea celulelor în structura de rezistență a vehiculului. Aceasta este provocarea cu care lucrăm și care va schimba modul fundamental de construcție al vehiculelor”, a declarat acesta.
Tesla lucrează la proiectarea de noi module de baterii care funcționează și ca elemente structurale. Totuși, producătorul auto din California fabrică aceste module structurale folosind celule cilindrice tradiționale. Totuși, există o abordare mai elegantă a ideii, iar un grup din cadrul Universității de Tehnologie Chalmers din Suedia, condus de profesorul Leif Asp, tocmai a făcut un progres în acest sens, construind fiecare componentă a bateriei din materiale eficiente atât din punct de vedere structural, cât și electric.
Bateria structurală combină un anod din fibră de carbon și un catod din folie de aluminiu acoperit cu fosfat de litiu-fier. Aceștia sunt separați printr-un separator de fibră de sticlă și imersați într-un material matricial electrolitic. Anodul are o funcție triplă: găzduiește ionii de litiu, conduce electronii și oferă o rezistență structurală. În mod similar, atât electrolitul, cât și catodul oferă rezistență structurală și îndeplinesc sarcinile de ioni în mișcare.
Cercetătorii au testat două tipuri de fibre de sticlă, ambele fiind integrate în celule care aveau o tensiune nominală de 2,8 V. Bateriile au obținut rezultate mai bune în ceea ce privește performanța atunci când a fost utilizată o țesătură mai subțire și mai simplă. Celulele care au folosit această construcție aveau o capacitate specifică de 8,55 Ah/kg, o densitate de energie de 23,6 Wh/kg, o putere specifică de 9,56 W/kg și o grosime de 0,27 mm. Pentru a pune cel puțin unul dintre aceste numere în context, cele 4680 de celule din componența unui vehicul Tesla au o densitate de energie de 380 Wh/kg. Cu toate acestea, acea cifră nu include masa matricei structurale care le înconjoară (atunci când bateria este utilizată ca panou structural).
În ceea ce privește încărcările structurale, rigiditatea maximă de 25,5 GPa a fost atinsă și atunci când a fost utilizată țesătura simplă din fibră de sticlă. Din nou, pentru a pune acest număr în context, această valoare este similară cu cea a plasticului ranforsat cu fibră de sticlă.
În prezent, grupul profesorului Asp încearcă să determine dacă utilizarea unui catod confecționat din fibră de carbon în locul celui acoperit cu folie de aluminiu va crește atât rigiditatea, cât și performanța electrică. De asemenea, cercetătorii testează și o serie de separatoare și mai subțiri. Ei speră să ajungă la o densitate de energie de 75 Wh/kg și la o rigiditate de 75 GPa, valori care ar conduce la crearea unei celule mai rigide decât aluminiul (68 GPa), dar, cu o greutate mult mai mică.
Construcția de mașini electrice sau chiar de avioane electrice este încă un proiect pe termen lung și chiar și în cele mai bune condiții, performanța celulelor structurale nu se va putea apropia niciodată de cea a celulelor dedicate. Totuși, deoarece acestea ar putea înlocui și structurile metalice mai grele, vehiculele rezultate ar trebui să aibă o greutate mult mai redusă.
Între timp, Asp este de părere că, în viitorul apropiat, unele categorii de produse ar putea beneficia de aceste inovații. „Bateria structurală are un potențial fantastic. Dacă ne uităm la tehnologia de consum, ar putea fi posibil ca în câțiva ani să se poată produce smartphone-uri, laptopuri sau biciclete electrice care să cântărească de 2 ori mai puțin decât în prezent și care să fie mult mai compacte”, a declarat Asp.
