结构电池复合材料制造，展示了电池组件制造、袋装电池制造和SBE固化的步骤。学分:高级能源和可持续性研究(2021年)。查尔莫斯理工大学的研究人员已经生产出了一种结构电池，其性能比所有以前的版本好十倍。它含有碳纤维，同时作为电极、导体和承重材料。他们最新的研究突破为车辆和其他技术中本质上“无质量”的能量存储铺平了道路。当今电动汽车中的电池构成了车辆重量的很大一部分，但却没有任何承载功能。另一方面，结构电池既是电源又是结构的一部分——例如，在车身中。这被称为“无质量”储能，因为本质上，当电池成为承重结构的一部分时，它的重量就会消失。计算表明，这种多功能铝电池可以大大减轻电动汽车的重量。
查尔莫斯理工大学的结构电池的开发已经进行了多年的研究，包括以前涉及某些类型碳纤维的发现。除了坚硬和强壮之外，它们还有很好的化学储存电能的能力。这项工作被《物理世界》评为2018年十大科学突破之一。
早在2007年，人们就首次尝试制造结构电池，但迄今为止，已经证明很难制造出同时具有良好电气和机械性能的电池。
但现在这一发展已经向前迈出了真正的一步，来自查尔莫斯的研究人员与斯德哥尔摩的KTH皇家理工学院合作，展示了一种结构电池，在电能储存、刚度和强度方面，其性能远远超过了迄今为止的任何产品。它的多功能性能比以前的结构电池原型高十倍。
该电池的能量密度为24瓦时/千克，这意味着与目前可用的同类锂离子电池相比，容量约为20%。但是由于车辆的重量可以大大减轻，例如，驾驶电动汽车将需要更少的能量，更低的能量密度也导致安全性的提高。而且这种结构电池的刚度为25 GPa，真的可以和很多其他常用的建筑材料竞争。
“以前制造结构电池的尝试已经产生了具有良好机械性能或良好电性能的电池。但是，在这里，使用碳纤维，我们成功地设计了一种结构电池，既有竞争力的储能能力，又有刚性，”查尔莫斯大学教授、该项目的负责人叶小开Asp解释道。
功劳:查尔莫斯理工大学超轻型电动自行车和消费电子产品可能很快成为现实
新电池的负极由碳纤维制成，正极由磷酸铁锂涂覆的铝箔制成。它们由玻璃纤维织物隔开，在电解质基质中。尽管他们成功地制造出了比以前所有电池都好十倍的结构电池，但研究人员并没有选择材料来尝试打破记录——相反，他们想调查和了解材料结构和隔板厚度的影响。
现在，一个由瑞典国家航天局资助的新项目正在进行中，结构电池的性能将进一步提高。铝箔将被碳纤维替代，作为正极的承重材料，提供更高的刚度和能量密度。玻璃纤维分离器将被超薄变体取代，这将产生更大的效果，以及更快的充电周期。新项目预计两年内完成。
同样领导这个项目的叶小开Asp估计，这种电池的能量密度可以达到75瓦时/千克，硬度可以达到75 GPa。这将使电池像铝一样坚固，但重量相对较轻。
“下一代结构电池具有惊人的潜力。如果你看看消费类技术，几年内制造出重量只有现在一半的智能手机、笔记本电脑或电动自行车是完全可能的，而且要紧凑得多，”叶小开Asp说。
从长远来看，完全可以想象，电动汽车、电动飞机和卫星将采用结构电池进行设计和供电。
“我们在这里真的只是被我们的想象力所限制。我们已经收到了许多不同类型的公司对我们在该领域发表的科学文章的关注。可以理解的是，人们对这些轻质、多功能的材料非常感兴趣，”叶小开Asp说。
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
