แม้จะมีความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงาน แต่แบตเตอรี่ยังคงเป็นส่วนสำคัญของน้ำหนักสำหรับอุปกรณ์ต่างๆ เช่น แล็ปท็อปและแม้แต่รถยนต์ Leif Aspจาก Chalmers University of Technology ร่วมกับทีมนักวิจัยในสวีเดน อิตาลี และฝรั่งเศส รายงานในวัสดุมัลติฟังก์ชั่น ที่ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าของเส้นใยคาร์บอนแทนที่จะมุ่งเน้นที่เทคโนโลยีแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียวมากถึง 50%
คุณสมบัติทางกลของเส้นใยคาร์บอน
นั้นเป็นที่เข้าใจกันมานานหลายทศวรรษแล้ว โดยมีผลงานมากมายตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1980 ในขณะที่คุณสมบัติทางไฟฟ้าเคมีที่มีแนวโน้มดีขึ้นของเส้นใยคาร์บอนยังเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 2000 เป็นต้นมา อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีใครศึกษาวิธีทำเส้นใยคาร์บอนที่แข็งและแข็งแรง ในขณะเดียวกันก็แสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งเป็นช่องว่างในความรู้ที่อาจเนื่องมาจากธรรมชาติของสภาพแวดล้อมการวิจัยเกี่ยวกับเส้นใยคาร์บอน “เมื่อพูดถึงคาร์บอนไฟเบอร์ ความรู้จะถูกเก็บไว้ในบริษัทต่างๆ” Asp กล่าว “มีกลุ่มวิจัยไม่กี่กลุ่มที่กำลังดำเนินการเรื่องนี้”
Asp และเพื่อนร่วมงานได้เปรียบเทียบโครงสร้างจุลภาคและสมรรถนะทางไฟฟ้าเคมีของเส้นใยคาร์บอนเชิงพาณิชย์สองประเภทที่มีคุณสมบัติทางกลปานกลางและเป็นหนึ่งในกลุ่มที่ตีได้ยากที่สุดในภาคส่วนในแง่ของความแข็งแรงของโครงสร้าง เมื่อรู้ว่าคุณสมบัติทางไฟฟ้าเคมีดีขึ้นสำหรับโครงสร้างจุลภาคอสัณฐานมากขึ้นด้วยผลึกที่เรียงตัวกันหลวมกว่า ในขณะที่คุณสมบัติเชิงกลดีขึ้นด้วยลำดับของผลึกที่มากขึ้น พวกเขาคาดหวังว่าจะแลกเปลี่ยนกันได้ สิ่งที่ Asp ประหลาดใจก็คือการประนีประนอมนั้นน้อยกว่าที่คาดไว้มาก
Asp กล่าวว่า “เส้นใยคาร์บอนที่มีความแข็งแรง
ปานกลางมีการจัดวางน้อยกว่าที่ฉันคาดไว้มาก” Asp กล่าวในขณะที่เขาอธิบายข้อสังเกตบางประการสำหรับเส้นใยคาร์บอนขนาดกลางสองประเภทที่ยังคงเป็นตัวเลือกทางการค้าที่แข่งขันได้สำหรับการใช้งานที่ไม่ต้องการความแข็งแรงทางกลมาก “การที่เส้นใยเหล่านี้ยังคงมีคุณสมบัติเชิงกลที่สูงเช่นนี้ หมายความว่าฉันอาจคาดหวังว่าจะสามารถนำไปใช้กับเส้นใยคาร์บอนที่มีผลึกที่เล็กกว่า และฉันก็อาจยังคงมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีอยู่”
คำสั่งไม่ใช่ทุกอย่างเส้นใยคาร์บอนมีความอ่อนไหวต่อสภาพการผลิตมาก เส้นใยคาร์บอนทั้งสามประเภทที่เป็นประเด็นสำคัญของการวิจัยในปัจจุบัน ได้แก่ เส้นใยระดับกลาง T800 และ IMS65 และเส้นใยโมดูลัสสูง M60J ล้วนผลิตโดยไพโรไลซิสของโพลิอะคริโลไนไตรล์ (PAN) แต่ในขณะที่อุณหภูมิการผลิตสำหรับ T800 และ IMS65 นั้นใกล้เคียงกัน สำหรับ M60J นั้นเกือบสองเท่า ผลที่ได้คือความแข็งแกร่งของ T800 และ IMS65 อยู่ที่ประมาณ 290 GPa และใกล้เคียงกับเหล็กกล้า
ซึ่งเพียงพอสำหรับการใช้งานหลายประเภท ในขณะที่ M60J นั้นเพิ่มขึ้นเกือบสองเท่า ความแตกต่างของโครงสร้างปรากฏชัดทันทีจากภาพกล้องจุลทรรศน์การส่งผ่านข้อมูลที่มีความละเอียดสูง ซึ่งมีจุดด่างมากกว่ามากสำหรับ T800 และ IMS65 ในขณะที่ M60J แสดงโครงสร้างที่แบ่งชั้นอย่างประณีตมาก โดยมีข้อบกพร่องแบบเทอร์โบสเตรคที่ชั้นแบ่งชั้นวิ่งเข้าหากัน
ข้อมูลรามันสเปกโทรสโกปี เช่นเดียวกับการวัดการบวมตามแกนที่ถ่ายเมื่อเส้นใยคาร์บอนถูกวนผ่านกระบวนการลิไทเอชันและการดีลิไทเอชันแนะนำความแตกต่างในการลิไทเอชันและความเครียดของโครงสร้างที่เป็นผลลัพธ์ M60J มีพฤติกรรมคล้ายกับกราไฟต์ โดยปราศจากคุณสมบัติบางอย่างที่เกิดจากข้อบกพร่องของเทอร์โบสเตรต ขณะที่ T800 และ IMS65
มีลักษณะเหมือนโครงสร้างอสัณฐานที่มี
ขนาดผลึกที่บิดเบี้ยวเล็กน้อย โครงสร้างอสัณฐานสูงของ T800 และ IMS65 ช่วยเพิ่มความจุไฟฟ้าเคมีเป็นสองเท่า ในขณะที่ยังคงคุณสมบัติเชิงกลที่ดี ผลลัพธ์ทำให้เกิดคำถามว่า “คุณจะไปได้ไกลแค่ไหน” ในแง่ของโครงสร้างจุลภาคอสัณฐานก่อนที่คุณสมบัติทางกลจะประนีประนอมมากเกินไป
การทำงานเป็นทีมทำให้ความฝันเป็นจริง
Leif Asp ศาสตราจารย์ด้านวัสดุและโครงสร้างคอมโพสิตน้ำหนักเบาที่ Department of Industrial and Materials Science, Chalmers University of Technology ในสวีเดน Asp เป็นผู้นำการวิจัยในด้านคาร์บอนไฟเบอร์แบบมัลติฟังก์ชั่นLeif Asp ผู้นำการวิจัยด้านเส้นใยคาร์บอนแบบมัลติฟังก์ชั่น
ผลการวิจัยชี้ให้เห็นถึงแนวโน้มการใช้แบตเตอรี่คาร์บอนไฟเบอร์สำหรับชิ้นส่วนที่มีโครงสร้าง เช่น ตัวรถ แม้ว่าประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จะไม่ได้เปรียบเทียบกับความทันสมัย แต่การประหยัดที่เกิดจากการลดน้ำหนักอาจมีประโยชน์อย่างมากต่อระบบโดยรวม อย่างไรก็ตาม Asp เน้นว่าอาจเป็นเรื่องยากที่จะทำให้ผลประโยชน์เหล่านี้ชัดเจนเมื่อเข้าหาผู้คนในบริษัทรถยนต์เพื่อการพาณิชย์ ซึ่งทำงานเฉพาะด้านเดียว เช่น การจัดเก็บพลังงาน และอาจไม่เห็นคุณค่าของผลประโยชน์ที่เป็นไปได้ของวัสดุที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่ามาตรฐานชั้นนำในปัจจุบัน วัสดุเก็บพลังงาน “เป็นเรื่องยากที่จะหากรณีทางธุรกิจเมื่อคุณตระหนักว่าคุณจำเป็นต้องเปลี่ยนวัสดุสำหรับส่วนประกอบเฉพาะ ในขณะที่กำไรที่เป็นไปได้อยู่ที่ระดับระบบ” เขากล่าวเสริม
นอกจากนี้ เขายังเน้นว่าการศึกษาเกี่ยวกับวัสดุอเนกประสงค์ดังกล่าวเติบโตได้อย่างไรกับทีมนักวิจัยขนาดใหญ่ที่มีความเชี่ยวชาญหลากหลาย ซึ่งเขาเปรียบได้กับวงออเคสตรา “ปฏิกิริยาทันทีของฉันเมื่อได้รับทุน – ฉันกลัวมากเมื่อคิดว่าตอนนี้เราต้องทำมัน เราต้องรวมทีมสหวิทยาการให้มากพอที่จะทำมันได้ แต่ก็ยังยอมรับเป้าหมายการวิจัยและแบ่งปันความทะเยอทะยาน – คุณพบว่าตัวเองเป็นเหมือน หัวหน้าวงออเคสตรามากกว่านักวิจัย” ในเวลาเดียวกัน เขาแสดงความขอบคุณสำหรับความไว้วางใจอย่างลึกซึ้งและความเคารพซึ่งกันและกันในหมู่นักวิจัยต่างๆ ในทีมของเขาเองที่ทำให้การแสวงหาการสืบสวนเป็นไปอย่างคุ้มค่า
Next Asp ต้องการดูอย่างใกล้ชิดมากขึ้นเกี่ยวกับการบวมในแนวรัศมีของโครงสร้างระหว่างการทำ lithiation “เราสามารถวัดได้ว่าเส้นใยเหล่านี้ขยายตัวในแนวแกนได้มากเพียงใดเมื่อเราชาร์จ และมันก็น่าทึ่งมาก – มากกว่า 1% สำหรับ T800 และ IMS65 (ซึ่งความเครียดต่อความล้มเหลวคือ 2%) และ M60 แทบไม่ขยายตัวเลย ” เขาพูดว่า. “แต่การวัดในแนวรัศมีนั้นยากกว่าเพราะเราต้องทำในกล้องจุลทรรศน์” นอกจากนี้ เขายังกระตือรือร้นที่จะเข้าใจมากขึ้นว่าอะตอมลิเธียมจำนวนเท่าใดที่ประสานกับคาร์บอนแต่ละชนิดในผลิตภัณฑ์ลิเธียม และความแข็งเปลี่ยนแปลงอย่างไร
Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>ป๊อกเด้งออนไลน์ ขั้นต่ำ 5 บาท
