天堂网www,免费追剧大全在线观看电视剧,97久久精品无码一区二区欧美人 ,日本丰满少妇高潮呻吟

在多功能結(jié)構(gòu)電池中，材料成分的機(jī)械性能和電化學(xué)性能之間的協(xié)同作用可以節(jié)省重量并提高能源效率。因此，結(jié)構(gòu)電池可以減輕電動汽車的超重或使便攜式電子設(shè)備更薄。這需要結(jié)合最佳的復(fù)合材料和電池制造實(shí)踐。在目前的研究中，通過將碳纖維基電極堆疊并用混合聚合物-液體電解質(zhì)浸漬來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)的全電池結(jié)構(gòu)電池基于碳纖維電極，正極涂有磷酸鐵鋰 (LiFePO4)。這種電池層壓板在能量密度、剛度和強(qiáng)度之間實(shí)現(xiàn)了非常好的平衡，分別為 33.4 Wh/kg、38 GPa 和 234 MPa。

一、 引言

當(dāng)前，電動汽車和飛機(jī)的續(xù)航能力受限，主要原因在于電池的能量密度和電池包的重量。為了解決這個(gè)問題，結(jié)構(gòu)電池的概念應(yīng)運(yùn)而生。結(jié)構(gòu)電池將電池的功能集成到結(jié)構(gòu)材料中，實(shí)現(xiàn)重量和體積的減少，從而提升能量效率。結(jié)構(gòu)電池的研究已有20年歷史，但仍存在能量密度和機(jī)械性能難以兼顧的問題。現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)電池大多采用傳統(tǒng)的電池材料，如石墨負(fù)極和金屬鋰正極，這些材料的機(jī)械性能較差，無法滿足結(jié)構(gòu)電池對強(qiáng)度的要求。此外，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)電池制造工藝復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

近日，國際知名期刊《Composites Science and Technology》發(fā)表了一篇由瑞典皇家理工學(xué)院工程力學(xué)系和化學(xué)工程系的研究團(tuán)隊(duì)完成的有關(guān)具有碳纖維電極的結(jié)構(gòu)電池的研究成果。該研究開發(fā)了一種全碳纖維固態(tài)結(jié)構(gòu)電池，通過將正負(fù)極材料、隔膜和電解質(zhì)集成到碳纖維復(fù)合材料中，實(shí)現(xiàn)了高能量密度和高機(jī)械性能的平衡。論文標(biāo)題為“A structural battery with carbon fibre electrodes balancing multifunctional performance”。

二、研究內(nèi)容及方法

1.材料和方法

用于制造全碳纖維結(jié)構(gòu)電池的材料包括碳纖維、玻璃纖維、鋰離子電池隔膜、電解質(zhì)成分等。碳纖維電極制備采用了兩種碳纖維（T800S 和 IMS65）作為電極材料。正極電池的制備將 LFP, CNF 和 PEI 混合后過濾到 IMS65 碳纖維上，并進(jìn)行熱處理，負(fù)極的制備則使用商用 T800S 碳纖維。

結(jié)構(gòu)電池的制備將正負(fù)極、隔膜和電解質(zhì)按照一定的順序堆疊，形成電池堆疊結(jié)構(gòu)。使用真空灌注技術(shù)將 SBE 浸潤到電池堆疊結(jié)構(gòu)中，將浸漬后的電池堆疊結(jié)構(gòu)進(jìn)行固化，形成結(jié)構(gòu)電池。

圖 1. 結(jié)構(gòu)電池的制造過程。（a）首先通過將基于 LFP 的化合物過濾通過 CF 絲束來制造結(jié)構(gòu)正極。對沉積材料進(jìn)行熱處理可實(shí)現(xiàn)電化學(xué)活性 LFP 網(wǎng)絡(luò)。（b）負(fù)極和正極以及隔膜材料在真空袋中組裝在一起。（c）將包含干式堆棧的真空袋注入結(jié)構(gòu)電池電解質(zhì) (SBE)。

2.結(jié)果和討論

對所制備的結(jié)構(gòu)電池的電極制備工藝、電池組裝工藝以及電化學(xué)性能進(jìn)行測試，結(jié)果顯示，該電池在0.05C倍率下，能量密度可達(dá)33.4 Wh/kg，且具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和庫侖效率。此外，文章還展示了兩種全電池類型的放電能量密度與全電池質(zhì)量的功率密度的關(guān)系圖，表明Type 2全電池在較快的C率下能量密度下降。

通過掃描電子顯微鏡觀察了電池橫截面，發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)在各個(gè)層中均勻分布，并保持了多孔形態(tài)。此外，通過能譜分析確認(rèn)了正極涂層的存在，并觀察到LFP顆粒的緊密排列和碳包覆LFP顆粒之間的緊密接觸，有利于電子傳輸。然而，正極層中纖維分布和壓實(shí)程度的變化可能導(dǎo)致層壓板機(jī)械性能的差異。

圖 2. 循環(huán) 1 型結(jié)構(gòu)電池橫截面的 SEM 成像。

該部分測試了電池的力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)電化學(xué)循環(huán)對縱向性能影響不大，這歸因于碳纖維本身在電化學(xué)循環(huán)中的穩(wěn)定性。然而，會顯著降低橫向性能。這可能是由于循環(huán)過程中負(fù)極與隔膜之間的界面損傷導(dǎo)致的。此外，正極涂層的厚度對力學(xué)性能影響不大，而提高纖維體積分?jǐn)?shù)可以提高縱向剛度。

圖 3. 機(jī)械測試和設(shè)置。(a、b) 配備 DIC 的機(jī)械測試裝置圖片；(c) DIC 相機(jī)的視覺效果；(d、e) 縱向 (d) 和橫向 (e) 樣品的 DIC 校正應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線。

結(jié)構(gòu)電池展示了出色的能量密度、彈性模量和強(qiáng)度，并且在特定條件下，甚至達(dá)到了更高的剛度和強(qiáng)度。將該研究的電池與現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了比較，研究發(fā)現(xiàn)，盡管本研究電池的面積能量密度較低，但其質(zhì)量能量密度與現(xiàn)有技術(shù)相當(dāng)。通過改進(jìn)制造工藝和電池設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步提高電池的性能，使其滿足航空和汽車應(yīng)用的需求。

圖 4. 最新研究和性能目標(biāo)。已發(fā)表的研究顯示為黑色標(biāo)記，已發(fā)表的目標(biāo)性能顯示為藍(lán)色圓圈，其中的數(shù)字代表數(shù)字來源的參考文獻(xiàn)。目標(biāo)性能劃定了一個(gè)更大的淺藍(lán)色區(qū)域。紅色虛線代表對未來進(jìn)步的期望。

三、小結(jié)

該研究開發(fā)了一種全碳纖維固態(tài)結(jié)構(gòu)電池，實(shí)現(xiàn)了能量密度和機(jī)械性能的良好平衡。該電池在 0.05C 下的能量密度達(dá)到 33.4 Wh/kg，0.025C 下達(dá)到 37 Wh/kg，彈性模量為 38 GPa，抗拉強(qiáng)度為 234 MPa。該研究為未來輕量化電動汽車和飛機(jī)的能源存儲提供了新的解決方案，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

原始文獻(xiàn)：

Karl Bouton, Lynn Schneider, Dan Zenkert, G¨oran Lindbergh. A structural battery with carbon fibre electrodes balancing multifunctional performance. Composites Science and Technology 256 (2024) 110728.

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2024.110728