Bateria strukturalna

Baterie strukturalne to wielofunkcyjne materiały lub konstrukcje , które mogą działać jako system magazynowania energii elektrochemicznej (tj. baterie ), zachowując jednocześnie integralność mechaniczną .

Pomagają zmniejszyć wagę i są przydatne w zastosowaniach transportowych, takich jak pojazdy elektryczne i drony , ze względu na ich potencjał poprawy wydajności systemu. Można wyróżnić dwa główne rodzaje baterii strukturalnych: baterie wbudowane i laminowane elektrody strukturalne.

Wbudowane baterie

Akumulatory wbudowane reprezentują struktury wielofunkcyjne , w których ogniwa akumulatorów litowo-jonowych są skutecznie osadzone w strukturze kompozytowej , a częściej w strukturach warstwowych . W konstrukcji warstwowej najnowocześniejsze akumulatory litowo-jonowe są osadzone w materiale rdzenia i połączone pomiędzy dwoma cienkimi i mocnymi warstwami wierzchnimi (np. aluminium). Obciążenia w płaszczyźnie i zginające są przenoszone przez płyty czołowe, podczas gdy rdzeń akumulatora przejmuje poprzeczne obciążenia ścinające i ściskające, a także magazynuje energię elektryczną . The wielofunkcyjna struktura może być następnie wykorzystana jako materiał nośny, a także jako materiał magazynujący energię .

Laminowane elektrody strukturalne

W laminowanych elektrodach strukturalnych materiał elektrody posiada samoistną funkcję nośności i magazynowania energii . Takie akumulatory są również nazywane akumulatorami bezmasowymi , ponieważ teoretycznie części nadwozia pojazdu mogą również magazynować energię, nie zwiększając w ten sposób dodatkowego ciężaru pojazdu, ponieważ dodatkowe akumulatory nie byłyby potrzebne. Przykładem takich akumulatorów są akumulatory oparte na anodzie cynkowej , katodzie z tlenku manganu i kompozytowym elektrolicie włókno-polimer . Elektrolit strukturalny umożliwia stabilne ładowanie i rozładowywanie. Ten zespół został zademonstrowany w bezzałogowym statku powietrznym . Powszechnie proponowana bateria strukturalna oparta jest na polimeru wzmocnionego włóknem węglowym (CFRP). Tutaj włókna węglowe służą jednocześnie jako elektrody i wzmocnienie strukturalne. Blaszka zbudowana jest z włókien węglowych osadzonych w materiale matrycowym (np. polimerze ). Wielowarstwowe włókna węglowe są impregnowane matrycą, która umożliwia przenoszenie obciążeń między włóknami, ale także transport litowo-jonowy , w przeciwieństwie do powszechnie stosowanych matryc winyloestrowych czy epoksydowych . Ten typ systemu magazynowania energii może być oparty na niklu lub na chemii litowo-jonowej . Laminat jest wykonany z połączenia elektrody ujemnej , separatora i elektrody dodatniej , zatopionych w elektrolicie przewodzącym jony i strukturalnym . W koncepcji laminowanych elektrod strukturalnych włókna węglowe mogą być wykorzystywane do interkalacji np. jonów litu (strukturalne anoda ); podobnie jak dostępne w handlu anody grafitowe . Katoda strukturalna składa się z włókien węglowych pokrytych substancjami aktywnymi elektrochemicznie , np. cząsteczkami tlenku litu. Wykazano , że przykład baterii strukturalnej wykorzystującej z włókna węglowego i dodatnią elektrodę litowo-żelazowo-fosforanową może zapalić diodę LED . Pomiędzy dwiema elektrodami strukturalnymi zastosowano pewien materiał oddzielający , aby zapobiec zwarciom . Jednak opisana powyżej koncepcja CFRC jest nadal badana.