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具有高抗拉强度的碳纤维EV锂电池资料

日前,有消息称来自瑞典的研究人员正在探索研制可用于电动汽车的碳纤维锂电池电极材料,该材料具有非常高的抗拉强度。该碳纤维锂电池电极材料将被用于


日前,有音讯称来自瑞典的研讨人员正在探究研制可用于电动轿车的碳纤维锂电池电极资料,该资料具有十分高的抗拉强度。该碳纤维锂电池电极资料将被用于电动轿车的多功用锂离子结构电池。其间,多功用锂离子结构电池能够将电池储能物质集成到轿车车身中。因为碳纤维资料具有十分高的抗拉强度和极限拉伸强度(ultimate tensile strength,UTS),而且其还具有十分强的锂离子集成才能。因而,碳纤维资料常被用作锂离子电池中的结构电极。

来自瑞典皇家理工学院(KTH)的Mats Johansson标明,以上电动轿车碳纤维锂电池结构电极资料研制项目首要研讨意图是为了提高电池的机械特性,完结电池不只能够存储能量而且还能够被规划集成为结构的一部分等功用。Mats Johansson还举比如道,通过运用以上电动轿车碳纤维锂电池结构电极资料能够将轿车的发动机盖规划为电池的一部分。以上多功用锂离子结构轿车电池现在现已招引了很多的项目研讨,其间包含:

来自英国伦敦帝国学院的研讨人员和沃尔沃轿车技能研讨人员组成了一支研讨团队。该研讨团队的研讨意图是为了研制一种多功用锂离子结构轿车电池原型,该电池选用的是碳纤维资料和聚合物树脂,这样一来该电池不只能够存储、开释电能,而且其结构强度高且分量轻,因而又能够用来规划制作集成到轿车零部件中。该研讨项目总经费为340万欧元(约合470万美元)。项目研制人员方案运用复合资料替换掉备胎舱中的金属底板。沃尔沃轿车公司现在正在尽力研讨规划将该备胎舱复合资料运用到原型车中以进行试验研讨。

沃尔沃轿车研讨小组现已研制出了两种多功用复合资料组件并进行了试验研讨,这为以上技能的后续研讨打下了根底。其间,现已研制出的两种多功用复合资料组件分别为后备箱盖和充气罩,以上两种新组件均在沃尔沃S80车型中进行了实车试验。

RANGE研讨方案

美国高档项目研讨所动力所(Advanced Research Projects Agency – Energy,ARPA-E)推出了名为RANGE的研讨方案,该方案的意图是为了推进电动轿车储能介质革命性前进。在2013年,美国高档项目研讨所动力所分别向四个不同的研讨项目颁发了总额高达875万美元的项目奖金。以上四个研讨项目分别由斯坦福大学(Stanford University)、加州大学圣地亚哥分校(UC San Diego)、亚利桑那州立大学(Arizona State University)和宾州州立大学(Penn State)领导完结。其间,以上四个研讨项意图研讨意图均为研制多功用结构轿车用电池。

英国伦敦帝国学院研制项目协调人Emile Greenhalgh标明,以上多功用结构电池复合资料不只能够存储并开释电能,与此一起还能够承载机械载荷。其所具有的特性在2005年被来自美国陆军研讨试验室的研讨人员正式试验证明。

在2005年的资料研讨学会评论会上,一篇技能文章向人们介绍了多功用发电资料和储能资料的三个运用实例:锂离子结构电池、质子交流膜(proton exchange membrane,PEM)燃料结构电池和结构电容器。文章研讨人员标明,以上新式的技能运用都通过了精心的规划,其间选用的运用资料不只能够存储开释电能,而且还能够承载结构负载。因而才完结了多功用规划意图并大幅下降了全体的分量。

对于此技能瑞典皇家理工学院组成了一支研讨小组,该研讨小组成员由来自瑞典皇家理工学院的三名教授组成,其间包含化学工程教授Göran Lindbergh、光纤和聚合物技能教授Mats Johansson和航空和车辆工程教授Dan Zenkert。此外,参加该项研讨方案的还包含瑞典Swerea SICOMP和吕勒奥技能研讨所(Luleå Institute of Technology)。

聚丙烯腈的可逆容量潜力

来自瑞典皇家理工学院的轿车和航空航天工程研讨员Eric Jacques(其博士论文研讨方向便是关于结构电池方面的)标明,碳纤维资料运用到轿车中首要有两种功用表现,其一便是作为轿车车身的轻质复合型加强资料;另一首要运用便是作为轿车锂离子电池的电极。

Eric Jacques标明:“咱们对碳纤维锂电池电极资料研讨的首要意图是为了开发一种不只能够具有轻质资料特性一起又能够接受机械载荷别的又能够贮存电能的多功用结构电池。这样一来就能够大幅下降电动轿车的全体分量。”

Eric Jacques和其搭档于2013年在电化学学会期刊上宣布了一篇关于该碳纤维锂电池电极资料研讨的技能论文。论文中介绍道,在锂离子电池锂化率维持在必定值100毫安/克时,市场上出售的好几个层次的聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)基碳纤维的可逆电容量在完结十次充放电循环后均能够到达100毫安时/克乃至更高。其间,影响锂离子电池丈量电容量的首要因素为锂离子电池的锂化率。经试验发现,下降通过一切试验碳纤维资料十分之一的电流巨细能够使电池电容量提高100%。通过以上试验丈量研讨,Eric Jacques研讨团队总结道碳纤维资料在结构电池中不只能够作为电池阴极资料而且还能够作为电池中的集电极。


Eric Jacques

在本年早些时候,Eric Jacques和其搭档又在Carbon杂志上宣布了一篇文章。文章首要介绍了锂离子电池中锂的含量与电池中聚丙烯腈基碳纤维资料抗拉强度、极限抗拉强度之间的联系。该论文首要研讨定论还包含:

锂离子电池在通过几回电化学充放电循环后,电池中碳纤维资料的强度并未呈现削弱现象,而且电池的丈量电容量也未受到影响。

电池中锂化碳纤维资料的极限抗拉强度会在电池运用进程有所下降,可是其会在电池脱锂进程中部分康复,并在电池到达最大丈量电容量时到达最高。可是,在电池彻底充电情况下其极限抗拉强度仍低于其本身强度的40%。

电池中锂化碳纤维资料的极限抗拉强度下降的可逆性与电池碳化率和丈量电容量的联系标明,电池在运用进程中碳纤维并不会受到影响,而电池中的锂在碳纤维脱锂进程中可能会产生不行逆反应。但是,电池中锂化碳纤维资料极限抗拉强度的下降与电池丈量电容量并不呈线性联系。一起,在电池彻底充电情况下,电池中锂化碳纤维资料极限抗拉应变要小于碳纤维资料的纵向胀大。

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