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  • Enthüllung der multifunktionalen Kohlenstofffaser-Strukturbatterie

    • Enthüllung der multifunktionalen Kohlenstofffaser-Strukturbatterie

    Titel Enthüllung der multifunktionalen Kohlenstofffaser-Strukturbatterie
    Autoren Richa Chaudhary, Johanna Xu, Zhenyuan Xia, Leif E. Asp
    Zeitschrift Fortschrittliche Materialien
    Datum 09/10/2024
    DOI 10.1002/adma.202409725
    Einführung Strukturelle Batterien sind innovative multifunktionale Geräte, die gleichzeitig elektrische Energie speichern und mechanischen Belastungen standhalten sollen. Kohlenstofffasern sind ein sehr geeignetes Material für diese Anwendung, da sie eine doppelte Funktion erfüllen, indem sie zur Energiespeicherung beitragen und der Batteriestruktur die notwendige Steifigkeit und Festigkeit verleihen. Frühere Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass funktionale positive Elektroden in Verbindung mit metallischem Lithium in einem strukturellen Batterieelektrolyten lebensfähig sind. In dieser Arbeit wird ein vollständig auf Kohlenstofffasern basierendes strukturelles Batteriesystem vorgestellt. Es verwendet reine Kohlenstofffasern als negative Elektroden, mit Lithiumeisenphosphat (LFP) beschichtete Kohlenstofffasern als positive Elektroden und einen dünnen Zellulose-Separator. Alle diese Elemente werden in einen strukturellen Batterieelektrolyten integriert und anschließend ausgehärtet, um eine feste Batteriestruktur zu erhalten. Durch die Verwendung eines dünnen Separators wird die Energiedichte der Strukturbatterie erheblich verbessert. Diese strukturelle Verbundbatterie weist eine Energiedichte von 30 Wh kg-1 auf und behält ihre zyklische Stabilität für bis zu 1000 Zyklen bei einem coulombschen Wirkungsgrad von etwa 100 %. Bemerkenswert ist, dass der Elastizitätsmodul dieser Vollfaserbatterie 76 GPa übersteigt, wenn sie parallel zur Faserrichtung getestet wird, was einen neuen Maßstab in der Literatur setzt. Solche Strukturbatterien haben ein erhebliches Potenzial für die Integration in Elektrofahrzeuge, da sie den Ersatz herkömmlicher Strukturkomponenten ermöglichen und so die Abhängigkeit von herkömmlichen Batterien verringern und zu einer beträchtlichen Gewichtsreduzierung bei zukünftigen Elektrofahrzeugkonstruktionen beitragen.
    Zitat Richa Chaudhary, Johanna Xu und Zhenyuan Xia et al. Unveiling the Multifunctional Carbon Fiber Structural Battery. Adv. Mater. 2024. DOI: 10.1002/adma.202409725
    Element Kohlenstoff (C) , Lithium (Li) , Phosphor (P) , Sauerstoff (O)
    Industrie Automobilindustrie , Energiespeicherung und Batterien
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