Ökningen i popularitet för elfordon och flygplan ger möjligheten att gå bort från fossila bränslen mot en mer hållbar framtid. Medan betydande tekniska framsteg dramatiskt har ökat effektiviteten hos dessa fordon, det finns fortfarande flera frågor som står i vägen för en utbredd adoption.

En av de viktigaste av dessa utmaningar har att göra med massa, eftersom även de senaste elfordonsbatterierna och superkondensatorerna är otroligt tunga. En forskargrupp från Texas A&M University College of Engineering närmar sig massproblemet från en unik vinkel.

Det mesta av forskningen som syftar till att sänka massan på elfordon har fokuserat på att öka energitätheten, vilket minskar vikten på själva batteriet eller superkondensatorn. Dock, ett team ledd av Dr. Jodie Lutkenhaus, professor vid Artie McFerrin Institutionen för kemiteknik, anser att lättare elfordon och flygplan kan uppnås genom att lagra energi i de strukturella karosspanelerna. Detta tillvägagångssätt presenterar sin egen uppsättning tekniska utmaningar, eftersom det kräver utveckling av batterier och superkondensatorer med samma slags mekaniska egenskaper som de strukturella kroppspanelerna. Specifikt, batterier och superkondensatorelektroder är ofta gjorda av spröda material och är inte mekaniskt starka.

I en artikel publicerad i Materia , forskargruppen beskrev processen att skapa nya superkondensatorelektroder som har drastiskt förbättrade mekaniska egenskaper. I det här arbetet, forskargruppen kunde skapa mycket starka och styva elektroder baserade på dopaminfunktionaliserad grafen och Kevlar nanofibrer. dopamin, som också är en signalsubstans, är en mycket vidhäftande molekyl som efterliknar de proteiner som gör att musslor fastnar på praktiskt taget alla ytor. Användningen av dopamin och kalciumjoner leder till en betydande förbättring av mekanisk prestanda.

Faktiskt, i artikeln, forskare rapporterar superkondensatorelektroder med den högsta, hittills, multifunktionell effektivitet (ett mått som utvärderar ett multifunktionellt material baserat på både mekanisk och elektrokemisk prestanda) för grafenbaserade elektroder.

Denna forskning leder till en helt ny familj av strukturella elektroder, vilket öppnar dörren till utvecklingen av lättare elfordon och flygplan.

Även om detta arbete mest fokuserade på superkondensatorer, Lutkenhaus hoppas kunna översätta forskningen till att skapa robusta, hårda batterier.