Kolfiber byter skepnad med elektricitet

Här ses forskarnas material. Beroende av strömriktning så ändrar materialet form..

Nyhet

Publicerad 2020-05-07

Konstruktioner som ändrar form har många fördelar när de används inom flygindustrin, i robotar eller vindkraftverk. Problemen fram till idag har emellertid varit flera. Delarna har varit endera tunga, svåra att styra eller saknat den mekaniska styvhet som krävts. Forskare från KTH har hittat en lösning på problemet.

– Vi har tagit fram ett helt nytt koncept. Det handlar om ett material av kolfiber som kan ändra form. Det är lätt, styvare än aluminium och materialet byter form med hjälp av elektrisk ström, säger Dan Zenkert.

Han är professor på avdelningen Teknisk mekanik vid KTH och är en av forskarna som varit med i framtagningen av det nya materialet.

Mer effektivt

Anledningen till att man vill att strukturer ska ändra form är att exempelvis flygplans och vindkraftverk skulle kunna förändra sig efter det vindförhållande som råder. På så sätt skulle vingarna bli mer effektiva eller mindre resurskrävande.

Dan Zenkert, professor på avdelningen Teknisk mekanik vid KTH.

– Typexemplet är en flygplansvinge. Där använder man styrytor som klaffar och aileroner som styrs med hydraulik. Om man kunde göra samma sak men utan mekaniska mekanismer så blir allt enklare, bättre och billgare. Formen på vingen i på vindkraftverk är en kompromiss. Den är gjord för bästa verkningsgrad i en viss vindhastighet. Kan man ändra den formen blir bladen mer effektiva även i andra vindhastigheter.

Byter form med ström

Rent tekniskt fungerar materialet så att det är uppdelat i tre lager, två av kolfiber som är dopade med litiumjoner på var sin sida av en tunn separator. När kolfiberlagren har en lika stor fördelning av joner så är materialet rakt, men när ström sedan tillsätts börjar litiumjonerna vandra från ena sidan till den andra, och materialet böjer sig. När strömmen sedan vänds åt andra hållet så vandrar jonerna sedan tillbaka, och materialet rätar ut sig.

– Vi har under en tid arbetat med så kallade strukturella batterier, kolfiberkompositer som också lagrar energi som ett litium-jonbatteri. Det vi nu har gjort är en vidareutveckling av det arbetet som kan leda till helt nya koncept för material som kan ändra form endast med elektrisk styrning, material som dessutom är lätta och styva, säger Dan Zenkert.

I framtiden vill forskarna utveckla nya material som kan ha ännu fler funktioner och därigenom kunna producera lättare strukturella material som minskar energiåtgången vid användning och därmed är mer resurseffektiva och hållbara.

Text: Peter Ardell

För mer information, kontakta Dan Zenkert på 08 - 790 64 35 eller danz@kth.se.

Faktaruta

  • Ett exempel på ett strukturellt batteri skulle kunna vara en bilkaross. Karossen har både funktionen att skydda passagerare och bagage mot väder, vind och kollisioner samtidigt som det är ett batteri i sig.
  • Här hittar du den vetenskapliga artikeln .