Strukturella lättviktsbatterier av polymerkomposit
- Diarienummer
- RMA08-0002
- Start- och slutdatum
- 090701-120630
- Beviljat belopp
- 13 400 000 kr
- Förvaltande organisation
- RISE SICOMP AB
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Målsättningen i forskningsprojektet är att utveckla multifunktionella strukturella polymera kompositmaterial som samtidigt kan bära last och lagra elektriskt energi. Sådana material kan radikalt öka möjligheten för svensk fordonsindustri att konstruera framtida lätta, energisnåla eldrivna fordon. För att åstadkomma sådana material måste fiberarmeringar med god elektrisk lednings- eller isoleringsförmåga för användning i anod och katod respektive i separationsskikt utvecklas. Dessutom måste styva polymerelektrolyter för tillämpning som matrismaterial tas fram. Dessa konduktiva polymerer kan utgöras av såväl härdplast- som termoplastsystem nödvändiga för att möjliggöra olika processmetoder för rationell tillverkning och stora volymer. När konstituenterna är tillgängliga ska rationella dimensionerings- och tillverkningsmetoder utvecklas. Därefter karaktäriseras de tillverkade materialens mekaniska och elektriska egenskaper. De mest lovande strukturella batterimaterialen kommer sedan att studeras på systemnivån där exempelvis hybridlaminat (konventionella och multifunktionella kompositer i en komponent), packning studeras. Slutligen kommer komponenter att dimensioneras, tillverkas och demonstreras i KTH:s Shell Eco bil för slutlig utvärdering. Vid projektets slut kommer nya doktorer med unik kunskap om dessa revolutionerande multifunktionella material finnas tillgängliga för att stärka svensk fordonsindustri i dess strävan att konstruera världens effektivaste elfordon.
Populärvetenskaplig beskrivning
Projektet syftar till att utveckla en helt ny typ av multifunktionella, lätta konstruktionsmaterial för lagring av elektrisk energi i mekaniskt belastade strukturer. Materialen bygger på den exceptionella elektriska lagringsförmågan hos litiumpolymerbatterier samt den utomordentliga mekaniska prestandan hos kolfiberkompositer relativt deras vikt. De multifunktionella materialen skapas genom att man utnyttjar den elektriska ledningsförmågan hos kolfiber i kombination med den elektriska lagringsförmågan hos litiumpolymeren i ett och samma material. Kolfibrer placeras i den delen av materialet som utgör anoden hos batteriet, som då även kan bära höga mekaniska laster utöver att den leder ström. Litiumpolymeren används som matrismaterial och överför därigenom mekaniska laster mellan fibrer samtidigt som den är konduktiv. Den lastbärande battericellen (laminatet) byggs upp av sådana anoder samt katoder med aluminiumfibrer separerade av skikt med isolerande glasfibrer, allt i samma litiumpolymer. På detta sätt kan lätta, styva, hållfasta och energitäta material konstrueras för tillämpning i fordonsstrukturer i framtidens el- och elhybridfordon. I projektet ska ett antal olika typer av strukturella batterimaterial utvecklas för effektiv tillverkning och högsta prestanda. Den stora utmaningen ligger i att utveckla litiumpolymermatriser med hög mekanisk styvhet. Problemet är att de bäst ledande litiumpolymererna är s.k. geler med mycket dåliga mekaniska egenskaper. Det finns en mängd olika metoder för att öka dessa litiumpolymerers mekaniska prestanda med liten förlust i elektrisk lagringsförmåga. De mest lovande metoderna är generering av blockpolymerer, skapande av tredimensionella nätverk genom att introducera exempelvis polyakrylater samt att skapa porösa polymermatrissystem som sedan fylls med elektrolytisk gel. Ett tvärvetenskapligt forskarlag inom elektrokemi, polymerkemi, lättviktskonstruktion och materialmekanik har formats under ledning av Professor Leif Asp vid Swerea SICOMP, Europas ledande forskningsinstitut inom området polymerkompositmaterial. Institutets och konsortiets starka koppling till svensk fordonsindustri medger att utvecklingsarbetet och resultaten av detta snabbt når ut och kan omsättas i dess utveckling av framtidens elbilar. Vi ser framför oss hur golvkomponenter, etc. kan konstrueras med dessa material och utgöra stommen i ett kombinerat strukturellt och elektriskt system i framtidens fordon.