Конструктивная батарея

Структурные батареи представляют собой многофункциональные материалы или конструкции , способные выступать в качестве электрохимической системы хранения энергии (т.е. батареи ), одновременно обладая механической целостностью . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Они помогают сэкономить вес и полезны в транспортных приложениях ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} такие как электромобили и дроны , ^{[ 5 ]} Из -за их потенциала для повышения эффективности системы. Можно различить два основных типа структурных батарей: встроенные батареи и ламинированные конструкционные электроды. ^{[ 6 ]}

Встроенные батареи

Встроенные батареи представляют собой многофункциональные структуры, в которых литий-ионные батареи эффективно встроены в композитную структуру и чаще сэндвич-структуры . В сэндвичевом дизайне современные литий-ионные батареи встроены образуют материал ядра и связаны между двумя тонкими и сильными листами лица (например, алюминий). Нагрузки в плоскости и изгибы переносятся по листам лица, в то время как ядро батареи занимает поперечное сдвиг и сжатие нагрузки, а также хранение электрической энергии . Многофункциональная материала структура может затем использоваться в качестве нагрузки, а также для хранения энергии . ^{[ 7 ]}

Ламинированные структурные электроды

У ламинированных структурных электродов материал электрода обладает внутренней функцией несущей нагрузки и накопления энергии . Такие батареи также называются безмассовыми батареями , так как теоретически детали корпуса транспортного средства также могут сохранять энергию, таким образом, не добавлять никакого дополнительного веса в автомобиль, поскольку дополнительные батареи не потребуются. ^{[ 8 ]} Примером для таких батарей являются те, которые основаны на цинковом аноде , катоде марганезексида и составном электролите волокна/ полимера . ^{[ 9 ]} Структурный электролит обеспечивает стабильный заряд и производительность разряда. Эта сборка была продемонстрирована в беспилотном воздушном транспортном средстве . Обычно предложенная структурная батарея основана на концепции усиленного углеродным волокном (CFRP). Здесь углеродные волокна служат одновременно в качестве электродов и структурного подкрепления. Пластинка состоит из углеродных волокон , которые встроены в матричный материал (например, полимер ). Множественные слои углеродных волокон пропитаны матрицей, которая обеспечивает перенос нагрузки между волокнами, а также литий-ионно-ионным транспортом, в отличие от широко используемых виниловых или эпоксидных матриц. Этот тип системы хранения энергии может быть основан на никеле ^{[ 10 ]} или на литий-ионную химию. ^{[ 11 ]} Ламинат состоит из комбинации отрицательного электрода , сепаратора и положительного электрода , встроенного в ионопроводящий и структурный электролит . ламинированных структурных электродов В концепции углеродные волокна, можно использовать например , литий-ионы (структурный анод ); Точно так же для коммерчески доступных графитовых анодов. Структурный катод состоит из углеродных волокон, покрытых электрохимически активными видами, например, частиц оксида лития. Было продемонстрировано , что пример структурной батареи, использующей отрицательный электрод с отрицательным волокном из углеродного волокна и литий -фосфат -фосфат, способен освещать светодиод . ^{[ 12 ]} Некоторый материал сепаратора используется между двумя структурными электродами для предотвращения коротких замыканий . ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]} Тем не менее, концепция CFRC, описанная выше, все еще исследуется. ^{[ 15 ]}

Ссылки

^ Снайдер, JF; Картер, RH; Вонг, Эль; Нгуен, Пенсильвания; Сюй, К.; НПО, а; Ветцель, изд (ноябрь 2006 г.). Многофункциональные структурные композитные батареи . Материалы общества по развитию технической технической конференции по вопросам материального и процесса (SAMPE) 2006 года.
^ Йоханниссон, Вильгельм; Ihrner, Niklas; Зенкерт, Дэн; Йоханссон, Матс; Карлштедт, Дэвид; ASP, Leif E.; Силенд, Фабиан (ноябрь 2018). «Многофункциональная производительность электрода UD с углеродным волокном для структурных батарей» . Композиты Наука и технология . 168 : 81–87. doi : 10.1016/j.compscitech.2018.08.044 .
^ Брэдберн, Дэвид (12 февраля 2014 г.). «Структурные батареи» . Материалы сегодня . Получено 30 января 2020 года .
^ «Исследование связывает микроструктуру углеродного волокна с механизмом вставки лития в структурных батареях» . Зеленый автомобильный конгресс. 18 октября 2018 года.
^ «Структурные батареи осветляют грузы дронов» . Химические и инженерные новости . Американское химическое общество . Получено 4 августа 2020 года .
^ ASP, Leif (21 ноября 2019 г.). «Структурные батареи композиты: обзор» . Функциональные композиты и структуры . 1 (4): 42001. Bibcode : 2019fcs ..... 1d2001a . doi : 10.1088/2631-6331/ab5571 . S2CID 210257472 .
^ Перейра, Тони (29 января 2009 г.). «Структурные композиты энергии: обзор». Журнал составных материалов . 43 (5): 549. Bibcode : 2009jcoma..43..549p . doi : 10.1177/0021998308097682 . S2CID 13864856 .
^ «Безвечное хранение энергии: следующий шаг в технологии батареи» . www.azocleantech.com . Архивировано из оригинала 25 октября 2021 года . Получено 22 февраля 2022 года .
^ Ван, Мингцян (4 января 2019 г.). «Биомиметический твердый штат Zn2+ электролит для гофрированных структурных батарей». ACS Nano . 13 (2): 1107–1115. doi : 10.1021/acsnano.8b05068 . PMID 30608112 . S2CID 58589418 .
^ «BAE предоставляет подробную информацию о технологии« структурной батареи » . Би -би -си. 8 марта 2012 года . Получено 30 января 2020 года .
^ ASP, Leif (21 ноября 2019 г.). «Структурные батареи композиты: обзор» . Функциональные композиты и структуры . 1 (4): 42001. Bibcode : 2019fcs ..... 1d2001a . doi : 10.1088/2631-6331/ab5571 . S2CID 210257472 .
^ ASP, Leif E.; Бутон, Карл; Карлштедт, Дэвид; Дуан, Шангонг; Харнден, Росс; Йоханниссон, Вильгельм; Йохансен, Маркус; Йоханссон, Матс Кг; Линдберг, Геран; Лю, клык; Peuvot, Кевин (2021). «Структурная батарея и ее многофункциональная производительность» . Расширенные исследования энергии и устойчивости . 2 (3): 2000093. Bibcode : 2021adesr ... 200093a . doi : 10.1002/aesr.202000093 . ISSN 2699-9412 .
^ ASP, Leif (21 ноября 2019 г.). «Структурные батареи композиты: обзор» . Функциональные композиты и структуры . 1 (4): 42001. Bibcode : 2019fcs ..... 1d2001a . doi : 10.1088/2631-6331/ab5571 . S2CID 210257472 .
^ Херст, Натан (2 ноября 2018 г.). «Давайте построим автомобили из батарей» . Смитсоновский журнал . Получено 30 января 2020 года .
^ Брэдберн, Дэвид (12 февраля 2014 г.). «Структурные батареи» . Материалы сегодня . Получено 30 января 2020 года .

[1] Снайдер, JF; Картер, RH; Вонг, Эль; Нгуен, Пенсильвания; Сюй, К.; НПО, а; Ветцель, изд (ноябрь 2006 г.). Многофункциональные структурные композитные батареи . Материалы общества по развитию технической технической конференции по вопросам материального и процесса (SAMPE) 2006 года.

[2] Йоханниссон, Вильгельм; Ihrner, Niklas; Зенкерт, Дэн; Йоханссон, Матс; Карлштедт, Дэвид; ASP, Leif E.; Силенд, Фабиан (ноябрь 2018). «Многофункциональная производительность электрода UD с углеродным волокном для структурных батарей» . Композиты Наука и технология . 168 : 81–87. doi : 10.1016/j.compscitech.2018.08.044 .

[3] Брэдберн, Дэвид (12 февраля 2014 г.). «Структурные батареи» . Материалы сегодня . Получено 30 января 2020 года .

[4] «Исследование связывает микроструктуру углеродного волокна с механизмом вставки лития в структурных батареях» . Зеленый автомобильный конгресс. 18 октября 2018 года.

[5] «Структурные батареи осветляют грузы дронов» . Химические и инженерные новости . Американское химическое общество . Получено 4 августа 2020 года .

[6] ASP, Leif (21 ноября 2019 г.). «Структурные батареи композиты: обзор» . Функциональные композиты и структуры . 1 (4): 42001. Bibcode : 2019fcs ..... 1d2001a . doi : 10.1088/2631-6331/ab5571 . S2CID 210257472 .

[7] Перейра, Тони (29 января 2009 г.). «Структурные композиты энергии: обзор». Журнал составных материалов . 43 (5): 549. Bibcode : 2009jcoma..43..549p . doi : 10.1177/0021998308097682 . S2CID 13864856 .

[8] «Безвечное хранение энергии: следующий шаг в технологии батареи» . www.azocleantech.com . Архивировано из оригинала 25 октября 2021 года . Получено 22 февраля 2022 года .

[9] Ван, Мингцян (4 января 2019 г.). «Биомиметический твердый штат Zn2+ электролит для гофрированных структурных батарей». ACS Nano . 13 (2): 1107–1115. doi : 10.1021/acsnano.8b05068 . PMID 30608112 . S2CID 58589418 .

[10] «BAE предоставляет подробную информацию о технологии« структурной батареи » . Би -би -си. 8 марта 2012 года . Получено 30 января 2020 года .

[11] ASP, Leif (21 ноября 2019 г.). «Структурные батареи композиты: обзор» . Функциональные композиты и структуры . 1 (4): 42001. Bibcode : 2019fcs ..... 1d2001a . doi : 10.1088/2631-6331/ab5571 . S2CID 210257472 .

[12] ASP, Leif E.; Бутон, Карл; Карлштедт, Дэвид; Дуан, Шангонг; Харнден, Росс; Йоханниссон, Вильгельм; Йохансен, Маркус; Йоханссон, Матс Кг; Линдберг, Геран; Лю, клык; Peuvot, Кевин (2021). «Структурная батарея и ее многофункциональная производительность» . Расширенные исследования энергии и устойчивости . 2 (3): 2000093. Bibcode : 2021adesr ... 200093a . doi : 10.1002/aesr.202000093 . ISSN 2699-9412 .

[13] ASP, Leif (21 ноября 2019 г.). «Структурные батареи композиты: обзор» . Функциональные композиты и структуры . 1 (4): 42001. Bibcode : 2019fcs ..... 1d2001a . doi : 10.1088/2631-6331/ab5571 . S2CID 210257472 .

[14] Херст, Натан (2 ноября 2018 г.). «Давайте построим автомобили из батарей» . Смитсоновский журнал . Получено 30 января 2020 года .

[15] Брэдберн, Дэвид (12 февраля 2014 г.). «Структурные батареи» . Материалы сегодня . Получено 30 января 2020 года .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]