طرحی انقلابی در طراحی خودرو با ذخیره‌ انرژی

همان‌طور که می‌دانیم، فیبر کربن یکی از مهم‌ترین مواد در دنیای صنعتی کنونی به شمار می‌رود. سبکی و قدرت باورنکردنی فیبر کربن، آن را به ماده‌ای پرکاربرد در دنیای دوچرخه‌سواری مسابقه‌ای و طراحی خودروی سوپراسپرت تا هواپیماهای پیشرفته و مدرن تبدیل کرده است. اما آیا فیبر کربن می‌تواند نقش مهمی در ذخیره‌سازی انرژی داشته باشد؟ تیمی از دانشمندان در حال بررسی این ایده هستند و ادعا می‌کنند که اَشکال با دقت طراحی شده از این مواد، در واقع خواص الکتروشیمیایی از خود نشان می‌دهند؛ در این صورت می‌توان در سبک وزن کردن خودروها، استفاده‌های بیشتری از این متریال کرد.

این تحقیق در دانشگاه صنعتی چالمرز سوئد انجام و با یک فرض ساده شروع شد. قبلاً نشان داده شده است که فیبر کربن به عنوان ماده‌ای الکترودی (قطب الکتریکی) در باتری‌های آزمایشی قابل استفاده خواهد بود؛ در حالی که خواص مکانیکی فیبر کربن به خوبی مشخص شده است، آیا این دو ویژگی می‌توانند در یک ماده چندمنظوره ترکیب شوند؟

فیبر کربن ساخته شده برای اهداف ساختاری، طوری مهندسی شده است که تا اندازه ممکن سخت باشد؛ اما این مواد در ظرفیت الکتروشیمیایی، خیلی مطلوب نیستند. در مقابل فیبر کربن با توانایی‌های الکتروشیمیایی خوب، تمایل به سفتی بسیار کمتری دارد.

دانشمنان تصمیم گرفتند نوعی ماده فیبر کربنی پیدا کنند که بتواند با هر دو خاصیت سازگار باشد؛ این به معنی مطالعه ریزساختارها در انواع مختلف فیبر کربن تجاری قابل دسترس و به دنبال یافتن چگونگی اندازه و آرایش کریستال‌های آن‌ها است. دانشمندان کشف کردند که الیاف کربنی دارای سختی بیش‌تر، کریستال‌های به‌مراتب بزرگ‌تری داشتند؛ در حالی که الیاف فیبر کربن دارای سختی کمتر، کریستال‌های کوچک‌تر و ضعیف‌تری داشتند.

یافته‌های جدید، پایه‌ای برای یافتن نوعی فیبر کربن است که بتواند خواص الکتروشیمایی و سختی مورد نظر ر درکنارهم ارائه دهد. همان‌گونه که لیف اَسپ توضیح می‌دهد، می‌توان به سمت تولید فیبر کربن تجاری با خواص جذاب‌تر حرکت کرد.

لیف اَسپ می‌گوید:

ما اکنون می‌دانیم که چگونه باید فیبر کربن چندمنظوره تولید شود تا ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی بالایی بدست آورد و در عین حال از سختی کافی آن نیز اطمینان داشته باشیم. کاهش جزئی سختی برای بسیاری از کاربردها مانند صنعت خودرو مشکل نیست. در بازار کامپوزیت‌ها، فیبر کربن گران‌بها وجود دارد که سختی آن‌ها برای استفاده در ساخت هواپیما مناسب است. بنابراین پتانسیل زیادی برای استفاده صنعتی از فیبر کربن وجود دارد.

وزن به عنوان یکی از پارامترهای مهم در طراحی بدنه و مصرف سوخت خودرو شناخته می‌شود. دانشمندان به‌دنبال این هستند که مواد جدید فیبر کربنی در صورت تبدیل شدن به بخشی از سیستم انرژی، چگونه می‌توانند شرایط را تغییر دهند. محققان برای بررسی امکان استفاده از مواد فیبر کربن در باتری‌های ساختاری، با صنایع خودروسازی و حمل‌ونقل هوایی همکاری می‌کنند.

اَسپ می‌گوید:

بدنه خودرو دیگر صرفاً یک عنصر باربری نیست، بلکه به عنوان یک باتری عمل می‌کند. همچنین ممکن است بتوان از فیبر کربن برای مقاصد دیگری مانند برداشت انرژی سینتیکی، حسگرها یا رساناهای انرژی و داده استفاده شود. اگر تمام این کاربردها بخشی از خودرو یا هواپیما باشند، می‌توان وزن خودرو را تا ۵۰ درصد کاهش داد.

این تحقیق در مجله Multifunctional Materials منتشر شده است.