碳纤维结构电池取得进展，可能彻底改变电动汽
未来几年，电动汽车使用的电池将变得足够便宜，电动汽车比同等尺寸的燃油汽车便宜，但重量却要重得多，而且根据发展趋势，当市场坚持更长时间时并且续航里程更长，电池组将占汽车总重量的20%至25%。
汽车设计专家将注意力集中在如何解决电动汽车的轻量化问题上——他们不是通过减少电池组和减少续航里程来减轻重量，而是采用新的解决方案：将汽车的某些结构部件改装成电池。
这样做，电池的重量会有效消失，不仅不会影响续航里程，反而会增加。因为无论动力系统如何，每辆车仍然需要将其固定在一起的结构部件。
自 2013 年以来，这种方法已经在世界各地的小组中讨论和试验了一段时间。当沃尔沃首席技术官亨里克·格林 (Henrik Green) 在 3 月初接受采访时表示，这个想法很好地解释了：
我们学到的……只是一个例子：“您如何最有效地将电池单元集成到汽车中？”好吧，如果按照传统的方式来做，先把电芯放入固定的Box中，称之为电池模组。你把许多模块放在一个大盒子里，它变成了一个电池组。您将多个包裹放入车辆中，然后您就有了一个标准化的解决方案。
但本质上，这在重量和空间方面是一种非常低效的解决方案。因此，您可以进行更深入的研究，如何将细胞直接整合到体内，摆脱这些模块和封装以及介于两者之间的东西？这是我们的子孙将面临的挑战，它将改变您从头开始制造汽车的方式。
他还举了另一个明显的例子。在大家日常使用的手机中，其实在制造技术上，稍微有实力的厂商就可以把手机做得比现在任何一款手机都薄，只是越来越薄。不是终极追求，但不影响续航的轻薄美观才是终极目标。为了追求手机的外观，苹果的iPhone走错了方向，减少了电池，甚至让相机脱颖而出，但我相信他们一直在改进。
利用车身不可或缺的结构件来储存、转换和供应能量，是目前能想到的最佳方式。不仅沃尔沃，其他电动汽车制造商也致力于这方面的研究。它可以为电动汽车带来更安全、更轻、更耐用的综合优势——人们不必坐在成千上万个能量密度极高的易燃电池上，中途出门寻找充电站。
电动汽车的先驱，特斯拉创始人埃隆马斯克在去年 9 月的特斯拉电池日期间做出了许多承诺。他表示，很快，该公司将推出一款采用纯硅阳极电池的汽车，以提高其性能并减少阴极中的钴以降低成本和销售价格。
Musk 声称其电池组将集成到底盘中，以提供除能量外的机械支撑。这种设计将使汽车的重量减轻10%，并进一步增加行驶里程。他将特斯拉的结构电池称为工程上的“革命”，但对于一些电池研究人员来说，马斯克的未来与他们很早就开始的研究非常相似，不能称之为“革命”。
伦敦帝国理工学院材料科学家、皇家新兴技术学院工程学教授埃米尔格林哈尔格说：“他基本上是在做我们十年前所做的事情。这种结构化的储能方法消除了两者之间的界限电池及其提供的物体。但我们正在做的事情超出了马斯克所说的范围。如果没有嵌入式电池，材料本身就是一种能量存储设备。”
如今，电池在大多数电子产品的尺寸和重量中占据了很大一部分。智能手机主要是锂离子电池，周围有一些处理器。无人机的尺寸受限于它可以携带的电池。电动汽车的重量约占其电池组的三分之一。
特斯拉对这个问题的解决方案是在汽车本身的结构中构建一个传统的电池，而不是把电池组放在汽车底盘上，而是把电池做成汽车底盘。
现在，有一个更优雅的方法来解决这个问题。瑞典查尔姆斯理工大学 Leif Asp 教授领导的团队在这方面取得了一些突破，使每个组件都由结构上可行的材料制成，以制造电池和储存电力。
结构电池结合了碳纤维阳极和磷酸铁锂涂层铝箔阴极，它们在结构电池的电解质基体材料中通过玻璃纤维隔板隔开。阳极具有三重作用，可以同时容纳锂离子、传导电子和强化所有物质。来自支撑结构的电解质和负载充当阴极并起到传导锂离子的作用。
文章来源：《机械设计与研究》 网址: http://www.jxsjyyj.cn/zonghexinwen/2021/0727/1214.html