结构电池解析：无质量储能

关键要点

在有史以来建造的每一辆车中——从Model T到特斯拉Model S——都存在根本的低效率。

它被称为”寄生结构”。

油箱(或电池组)是一个重的盒子，除了持有能量外什么都不做。底盘是一个重的框架，除了持有盒子外什么都不做。你正在使用能量来移动框架，该框架携带持有能量的盒子。

如果他们是同一个东西呢？

这是结构电池的承诺，也称为”无质量能量存储”。通过工程化碳纤维复合材料，可以同时储存电子和承受负载，工程师们正在删除电池组的”死重”。

要理解汽车框架的一部分如何能储存电力，你必须看碳纤维的微观结构。

标准锂离子电池使用石墨作为阳极(负侧)。碳纤维本质上是有组织的石墨。

在结构电池中：

阳极：底盘的结构碳纤维。
阴极：涂在铝箔上的富锂金属氧化物，用玻璃纤维加强以提高硬度。
电解质：这是棘手的部分。它不能是液体(否则框架会很软)。它是一种”结构电解质”——一种固体聚合物，装有液体盐，可以转移离子，同时像超强树脂一样将整个东西粘在一起。

批评人士指出，结构电池的能量密度低——目前约为30-60 Wh/kg，而顶级特斯拉电池为250+ Wh/kg。

“为什么我想要一块电池糟糕5倍？”

因为你没有正确计算数学。你必须看系统级别。如果你使用结构电池，你删除了钢框架、铝外壳、塑料模块支架和冷却板。

即使电池的效率更低，汽车本身也轻得多，范围保持相同或增加。该电池有效地具有”负质量”，因为它替代了更重的结构部分。

从瑞典查尔姆斯大学分拆出来，Sinonus是第一家积极商业化这种的公司。在2025年，他们的目标是消费电子产品(想象一台笔记本电脑，其盖子是电池)，然后再转向电动汽车。

特斯拉的”结构电池组”(使用4680个电池)经常与这项技术混淆。这是半步。

电气飞机目前不可能，因为电池太重。结构电池是修复方法。如果飞机的机身和机翼可以在不增加重量的情况下加倍作为燃料存储，电动航空首次在物理上符合条件。

硬度 vs. 能量：有一个跷跷板权衡。如果你使电解质更硬(更好的框架)，离子移动更慢(更差的电池)。如果你使其导电(更好的电池)，它变得更软(更差的框架)。找到”金发女孩”聚合物是活跃的研究前沿。
循环寿命与膨胀：电池充电时膨胀。你不希望你的汽车底盘每次插入时都扩展和收缩。工程师正在开发刚性格子结构，在内部包含膨胀。
安全：如果你崩溃，你的框架实际上是充满能量的材料。但是，研究表明结构电池可能实际上更安全——它们没有导致标准电动汽车”热失控”火灾的易失液电解质。

预计在无人机和高端笔记本电脑中会看到”结构电力”。碳纤维手臂是电池的无人机可以飞行20%更长。

“电力整体”。我们将看到电动汽车滑板打印为单一的固态结构电池。“更换电池”的概念将消失；汽车是电池。

我们正在见证两个纪律的合并：土木工程和化学工程。

一个世纪以来，我们将能量存储视为货物——需要运输的东西。结构电池将能量存储视为解剖学。它是肌肉和骨头包装成一体。