Strukturella batterier – en unik kompromiss för lättare elbilar

tisdag, december 3, 2013

Batteriets vikt är ett av de största problemen med dagens el- och hybridfordon. Genom att göra batterierna till en del av karossen kan vikten minskas avsevärt. I ett nyligen avslutat EU-projekt om strukturella batterier, deltog bland andra en av SHCs medlemmar – professor Patrik Johansson från Teknisk Fysik, Chalmers.

– Vi har undersökt material som kan lagra och leverera energi och samtidigt bära last, berättar Patrik Johansson. Tanken är varken att göra det bästa energilagret eller den bästa mekaniska hållfastheten. Men kompromissen, ’multifunktionaliteten’, är helt unik.

Batterierna görs som laminat och är extremt hållfasta. Patrik Johansson visar något som liknar en kolfiberväv, några millimeter tjock.

– Det här är en komposit av glasfiber och kolfiber. Den är formbar som vilken komposit som helst. Inuti finns elektrolyt, som i det här fallet inte är en vätska utan en gelpolymermatris. I vår forskargrupp har vi framför allt undersökt transportegenskaperna i elektrolyten.

Structural battery close-up
Batteriets anod och katod består av kolfibrer, en glasfiberväv fungerar som separator – med en speciell elektrolyt i – medan strömledaren är av kopparfolie.

Kompositmaterial för minskad vikt
De tunna, platta batterierna formas som en del av bilens kaross. På så vis kan de delar av fordonet som behöver mekanisk styrka även utnyttjas till att lagra energi. Till exempel har man integrerat batterier i motorkåpan, där plåten ersätts av det lätta kompositmaterialet. Vinsten blir en avsevärt lägre vikt. Konstruktionen gjordes hos Volvo Personvagnar som också deltagit i projektet.

– Med den här grundidén frångår man tanken på batteriet som en ”börda” för fordonet, säger Patrik Johansson. Det konceptuella tänkandet tar vi med oss in i nya projekt.

Car model with structural battery top
Att kombinera energilager med mekanisk hållfasthet är en unik kompromiss. I modellen ovan har takets plåt ersatts med ett strukturellt batteri.

Kan delvis ersätta traditionella bilbatterier
De strukturella batterierna är tänkta att ge tillräckligt med energi för att avlasta det traditionella 12-voltsbatteriet och kan även laddas från en extern källa. Däremot räcker de troligen inte för framdrivning av en elbil.

– Vi kommer inte att kunna få in tillräckligt med energi för att lösa framdrivningen, som jag ser det idag, säger Patrik Johansson.

Många frågor återstår att lösa när det gäller integrering av batterierna i fordon för verklig produktion, men Patrik Johansson tror ändå att strukturella batterier har framtiden för sig.

– Ja, det tror jag. Däremot är det inte alls säkert att det blir för fordon i slutändan. Fordon ställer stora krav på säkerhet, kostnad och återvinning. Men det kanske finns tillämpningsområden i framtiden som vi idag inte tänker på. Det är grundidén som är det häftiga!

Professor Patrik Johansson
I forskningen kring strukturella batterier möts grundforskning och teknologisk applikation. – Man måste titta på den här typen av innovativa lösningar, tycker Patrik Johansson.

EU-projektet STORAGE avslutades i juni 2013.
Svenska medlemmar:
Volvo Personvagnar
Chalmers tekniska högskola – Institutionerna Teknisk fysik samt Material och tillverkningsteknik
ETC
Swerea Sicomp

Text och bild: Emilia Lundgren