電気自動車は高コストで航続距離が限られているため、販売が難しくなる可能性があります。また、最も高価で最も制限のある部品はバッテリーです。
しかし、バッテリーはガソリンタンクよりもさまざまな方法で形状を変えることができ、耐荷重材料で作ることができるため、新しい設計の可能性も開きます。化学的性質をより安全にすることができれば、バッテリーは従来のドアパネルやその他の車体部品に取って代わり、車両を大幅に軽量化し、より広く、より安価にする可能性があります。これは、電気自動車がガソリン車と競争するのに役立つ可能性がある。
テスラモーターズとボルボは、従来の自動車の構造材料の一部を置き換えることができるバッテリーパックを構築することにより、一般的なアプローチの初期バージョンを実証しました。他にも数十の研究グループや企業が、ボディパネルやフレームなどの既存のボディパーツを置き換えるバッテリーを製造するためのさらなる措置を講じています。
現在、バッテリーを構造材料として使用する能力は可燃性電解質の使用によって制限されていますが、研究者たちはより広く使用できる安全な化学物質を開発しています。このアプローチには、いくつかの実際的な疑問も生じます。エネルギーを蓄えるボディパネルは、たとえ凹んでも車が機能するように設計できるのでしょうか?そして、車体工事の費用はどれくらいかかるのでしょうか？しかし、自動車メーカーは、将来の厳しい燃費基準を満たすために電気自動車やハイブリッド車の販売を増やすというプレッシャーを受けて、このアプローチに転じる可能性がある。
バッテリーは電気自動車の中で最も高価な品目であるため、バッテリーを安くすれば電気自動車も安くなります。しかし、大きな進歩がなくても、新しいバッテリー設計により自動車が軽量化される可能性がある。
一例として、テスラがモデル S 用のバッテリーを設計した方法があります。バッテリーを保護する金属ケースは、車のフレームの剛性を高める役割も果たし、必要な金属の総量を削減します。
今月、ボルボは、リチウムイオン電池を使用した別のアプローチを実証しました。リチウムイオン電池は、電池セルを形成するために巻かれるか折り畳まれる材料の薄いフィルムで作られています。の研究者ルーレオ工科大学スウェーデンでは、ボルボと協力して、これらのフィルムを炭素繊維複合材料のシートの間に挟みました。結果として得られた構造は、ボルボ S80 のハイブリッド バージョンのプラスチック製ボディ部品と従来の小型バッテリーを置き換えるために使用されました。 （この車はバッテリーを使用して、車が動いていないときはいつでもエンジンを停止できる「アイドリングストップ」ハイブリッドです。）
米国エネルギー省のエネルギー庁 先端研究事業はバッテリーを構造材料として使用するプロジェクトに 3,700 万ドルを費やしています。 (このプログラムは RANGE と呼ばれます。これは、堅牢で手頃な価格の次世代エネルギー貯蔵システムの略です)。 2 つの ARPA-E プロジェクトで、研究者たちは、現在乗客を保護するために使用されている材料を置き換えるために、衝突時のエネルギーを吸収するバッテリー パックを設計する方法を考え出しています。たとえば、バッテリーセルを固体のブロックにパッケージ化するのではなく、事故の際にセルが互いに通過してエネルギーを散逸させることができます。
これまでに検討されているアプローチのほとんどは、依然として従来のバッテリーセル、つまり実際にエネルギーを蓄えるパックの部分を使用しています。より安全なバッテリーセルを作ることができれば、自動車の設計方法がさらに柔軟になるでしょう。バッテリー火災を防ぐために保護ケースに入れたり、温度を調整したりする必要はありません。
「バッテリーの保護に執着しなければ、もっと創造力を発揮できます。従来の自動車のアーキテクチャに限定されるわけではありません」と氏は言います。劉平、ARPA-E の RANGE プロジェクトを管理し、構想を支援した人物です。
この目的を達成するために、数人の研究者が可燃性電極を使用しない新しい化学物質を開発しており、バッテリーをドアパネルとして安全に使用できるようにしています。彼らは、揮発性電解質を難燃性のポリマー、水ベースの材料、セラミックに置き換えることを検討しています。より安全な電解質を入手したら、研究者らはセル内のバッテリー電極を使用して負荷に耐える方法を模索する予定だ。
ボルボは、複合材料に炭素繊維を使用して電気を蓄え、伝導するだけでなく、複合材料を強化するこのアプローチの実験版を持っています。装置はトランクリッドの形状に形成されました。しかし、一部の LED を点灯するのに十分な電力しか生成できないため、電気自動車やハイブリッド車のバッテリーを交換することはできません。新しいバージョンは次の場所で開発中ですロンドンのインペリアル・カレッジ通常、炭素繊維を複合材料として保持するエポキシを、荷電分子を伝導できる硬い材料とイオン液体のブレンドで置き換えます。これは、アイドリングストップハイブリッドのバッテリーの代わりに使用するのに十分なエネルギーを蓄える一種のスーパーキャパシタを形成します。
より大きなバッテリーを搭載した電気自動車やハイブリッド車の場合、スーパーキャパシタでは十分なエネルギーを蓄えられません。そのため、十分な航続距離を提供するために、一部の研究者は、一方の電極に炭素繊維を使用し、反対側の電極には従来のリチウムイオン材料を使用するリチウムイオン電池を開発しています。従来の可燃性ポリマー電解質に代わる不揮発性ポリマー電解質を開発した企業もある。結果として得られる材料により、「1 つのもので 2 つの仕事を行う」ことが可能になります。レイフ・アスプ、ルーレオ大学教授。いくつかの ARPA-E プロジェクトがこの種のアプローチを採用しています。
ただし、これらの新しい電解質と耐荷重バッテリーセルが自動車で実用化されるまでには 10 年以上かかる可能性があります。バッテリーが大量のエネルギーを蓄え、構造部品として十分な強度を確保することは困難です。
Asp 氏によると、最初の用途はポータブル電子機器で、耐荷重バッテリーが従来のプラスチックケースの代わりになる可能性があるという。しかし、いつかそのような材料で自動車部品を作ることができれば、電池はついに制限要因からセールスポイントになる可能性がある。
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