Eldrivna fordonens och flygplanens ökade popularitet skapar nya chanser när det gäller att ersätta fossila bränslen med hållbarare drivmedel.
Trots att en rad betydande tekniska framsteg har ökat de eldrivna fordonens effektivitet, finns det fortfarande flera frågor som står i vägen för ett utbrett införande av ny teknik.
En av de mest betydelsefulla av dessa utmaningar har att göra med substans och massa, eftersom även de modernaste elektriska fordonens batterier och super- kondensatorer är förhållandevis tunga.
Ett forskarteam från Texas A&M University College of Engineering närmar sig detta problem med massan utifrån en unik utgångspunkt.
Merparten av forskning som syftar till att minska massan i ett eldrivet fordon har fokuserat på att öka energitätheten och därmed minska batteriets eller superkapacitorns vikt.
Ett team lett av Dr. Jodie Lutkenhaus, professor i Artie McFerrin-avdelningen för kemiteknik, anser däremot att lättare elektriska fordon och även flygplan kan tillverkas genom att man ”magasinerar” energi i de strukturella karosspanelerna.
Detta tillvägagångssätt skapar dock en rad nya tekniska utmaningar, eftersom metoden kräver utveckling av batterier och superkondensatorer med samma typ av mekaniska egenskaper som de strukturella karosspanelerna. Batterier och superkapacitorelektroder är ofta speciellt utformade med lätt brytbart material och mekaniskt svaga.
I en artikel publicerad i tidskriften Matter beskrev forskarteamet processen som ledde till framtagandet av nya superkapacitatorelektroder som drastiskt förbättrade fordonets mekaniska egenskaper. I detta arbete kunde forskarteamet skapa mycket starka och styva elektroder baserade på dopaminfunktionaliserad grafen och Kevlar-nanofibrer.
Dopamin, som också är en neurotransmitter, är en molekyl som efterliknar de proteiner som tillåter musslor att hålla sig fast på nästan vilken yta som helst. Användningen av dopamin och kalciumjoner leder till en betydande förbättring av mekanisk prestanda.
I artikeln rapporterar forskarna om superkapacitatorelektroder, som har utrustats med hittills högsta multifunktionella effektivitet (en procedur som utvärderar multifunktionellt material baserat på både mekanisk och elektrokemisk prestanda) hos grafenbaserade elektroder.
Denna forskning leder till en helt ny familj av strukturelektroder, som öppnar dörren för vidareutveckling av lättare elektriska fordon och dylika flygplan.
Samtidigt som det här arbetet mest har fokuserats på superkondensatorer hoppas Lutkenhaus nu även kunna tillämpa samma forskning när det gäller att skapa stabila, men betydligt lättare batterier.
Källa: Texas A&M University College of Engineering
