チャールムス工科大学の研究者は炭素繊維複合材料から作られた電池の製造に成功した

チャールムス理工大学（Chalmers University ofTechnology）の研究者は、アルミニウムと同じように硬く、エネルギー密度が十分に高く、商業用途に使用できる炭素繊維複合材料から作られた電池の製造に成功した。自動車、航空機、汽船、またはコンピュータが電池と荷重構造の機能を兼ね備えた材料で製造されると、重量とエネルギー消費が大幅に減少します。

世界で最も強力なバッテリ

バッテリと構造部品の両方として使用される材料を用いて車両または電子製品を製造することは、重量とエネルギー消費を大幅に軽減することができる。スウェーデンのチャールムス工科大学の研究チームは、品質のないエネルギー貯蔵に大きな進展を遂げた。彼らが新たに開発した構造電池は、ノートパソコンなどの機器の重量を半減させ、携帯電話をクレジットカードのように薄くし、1回の充電で電気自動車の航続距離を70%延長する可能性がある。

チャールムスの研究員、『先進材料』に発表された科学記事の主な著者Richa氏Chaudhary氏は、「アルミニウムと同じ硬度で、商業用途に十分なエネルギー密度を持つ炭素繊維複合材料から作られた電池を製造することに成功した。人間の骨のように、この電池はさまざまな機能を同時に持っている」と説明した。

チャールムス大学の構造電池の研究は数年続いており、ストックホルムKTH王立理工学院の研究者とも協力している。この突破は2018年に発生し、当時LeifはAsp教授と同僚たちは、硬くて丈夫な炭素繊維がどのように化学的に電気エネルギーを貯蔵するかを示し、世界の注目を集めている。「物理世界」によると、炭素繊維がリチウムイオン電池の電極として利用できることが発見されたのは今年の10大科学的成果の1つだ。

軽量で効率的

2018年以来、研究チームは剛性とエネルギー密度の向上に大きな進歩を遂げた。2021年には、典型的なリチウムイオン電池の容量の20%前後に相当する24 Wh/kgのエネルギー密度を提供する重要なマイルストーンに到達しました。現在、彼らはこの数字を30 Wh/kgに引き上げている。現在の商用バッテリよりも低いが、軽量化のメリットが新しい動力を生み出している。バッテリは車両構造の一部であるため、全体的にはより少ないエネルギーが必要である。

チャールズムス工業・材料科学科教授LeifAsp氏は、「もし私たちがエネルギーを節約するならば、子孫を考慮して、軽省エネ自動車に投資するのは当然だ。私たちは電気自動車を計算した結果、もし彼らが競争力のある構造電池を持っていれば、それらの走行時間は現在より70%長くなることができることを示した」と述べた。

車両にとって、強度は安全基準を満たすために重要である。同チームが開発した構造電池は剛性を大幅に高め、弾性率を25ギガパから70ギガパ（GPa）に高めた。これは、この材料がアルミニウムのように荷重に効果的に耐えることができ、同時に重量がはるかに軽いことを意味しています。

「多機能性について言えば、新しい電池は前世代の電池の2倍であり、実際には世界最高の電池である」と、2007年以来構造電池の研究に携わってきたAsp氏はコメントしている。

商業化の進展

最初から、最終的には商用化に適したパフォーマンスレベルを目指すことになります。継続的な研究に伴い、スウェーデンのボラスにあるChalmers Venture社Sinonusの設立によりAB，市場とのつながりがより緊密になる。

進展はあったが、小型実験室の量産から消費電子製品や自動車に必要な大規模製造に生産を拡大するためには、より多くのエンジニアリング作業が必要だった。

　　Leif Asp氏は、「現在の半分のクレジットカードのような重量の携帯電話やノートパソコンが最も早く実現できることは想像できる。自動車や航空機の中の電子機器などのコンポーネントが構造電池から電力を供給している可能性もある。これは輸送業の挑戦的なエネルギー需要を満たすために大量の投資が必要になるが、これもこの技術が最大の役割を果たすことができる場所だ」と述べた。