Si prevede che in futuro le batterie strutturali in fibra di carbonio aumenteranno del 70% l’autonomia dei veicoli elettrici.
Quando automobili, aeroplani, navi o computer sono realizzati utilizzando un materiale che funziona sia come batteria che come struttura portante, il loro peso e il consumo energetico possono essere significativamente ridotti. Secondo un articolo pubblicato il 10 sull'ultimo numero diMateriali avanzati, un gruppo di ricerca della Chalmers University of Technology in Svezia ha fatto progressi nello "stoccaggio di energia senza massa" sviluppando una batteria strutturale multifunzionale in fibra di carbonio. Questa batteria può ridurre della metà il peso dei laptop, rendere gli smartphone sottili come carte di credito o aumentare l’autonomia dei veicoli elettrici del 70% con una singola carica.
Rika Chaudhuri, ricercatrice della Chalmers University of Technology, ha affermato che la batteria strutturale sviluppata è realizzata con materiali compositi in fibra di carbonio, che hanno una rigidità paragonabile all'alluminio e una densità di energia sufficiente per applicazioni commerciali. Una batteria strutturale è un materiale che può sia immagazzinare energia che sopportare carichi. L’integrazione dei materiali delle batterie nella costruzione vera e propria dei prodotti significa che veicoli elettrici, droni, strumenti portatili, laptop e smartphone possono raggiungere un peso più leggero.
Nel 2018, il team ha dimostrato per la prima volta che la fibra di carbonio, che possiede elevata rigidità e durezza, può immagazzinare chimicamente energia elettrica e funzionare come elettrodo nelle batterie agli ioni di litio. Questa ricerca ha raccolto un'attenzione diffusa ed è stata riconosciuta daMondo della fisicacome una delle dieci migliori scoperte di quell'anno.
Da allora, il gruppo di ricerca ha ulteriormente sviluppato il proprio concetto, migliorando la rigidità e la densità energetica della batteria. Nel 2021, hanno aumentato la densità energetica a 24 wattora per chilogrammo (Wh/kg), ovvero circa il 20% della capacità di batterie paragonabili agli ioni di litio. Ora hanno aumentato la densità energetica a 30 Wh/kg. Anche se questo valore è ancora inferiore a quello delle batterie attualmente comuni, l’impatto è significativamente diverso. Quando le batterie diventano parte della struttura e possono essere realizzate con materiali leggeri, il peso complessivo del veicolo può essere notevolmente ridotto. Di conseguenza, l’energia richiesta per i veicoli elettrici diminuirebbe sostanzialmente.
I ricercatori hanno condotto calcoli sui veicoli elettrici e hanno scoperto che, se equipaggiati con la nuova batteria strutturale, l’autonomia potrebbe aumentare fino al 70% rispetto ai livelli attuali. Anche la rigidità delle unità strutturali della batteria è notevolmente migliorata, con il modulo elastico misurato in gigapascal (GPa) che è passato da 25 a 70. Ciò significa che il materiale può sopportare carichi come l'alluminio ma è più leggero.
I ricercatori hanno affermato che dal punto di vista della multifunzionalità, le prestazioni della nuova batteria sono doppie rispetto a quelle della generazione precedente, rendendola ad oggi la migliore batteria al mondo. Tuttavia, prima che le celle della batteria possano passare dalla produzione di laboratorio su piccola scala alla produzione su larga scala e all’applicazione in prodotti tecnologici o veicoli, è ancora necessario svolgere una notevole quantità di lavoro di ingegneria.
