结构电池

结构电池是多功能材料或结构，能够充当电化学储能系统（即电池），同时具有机械完整性。它们有助于减轻重量，并且在电动汽车和无人机等运输应用中非常有用，因为它们具有提高系统效率的潜力。可以区分两种主要类型的结构电池：嵌入式电池和层压结构电极。

嵌入式电池代表多功能结构，其中锂离子电池单元有效地嵌入复合结构，更常见的是夹层结构。在夹层设计中，最先进的锂离子电池嵌入形成核心材料并粘合在两个薄而坚固的面板（例如铝）之间。平面内和弯曲载荷由面板承载，而电池芯承担横向剪切和压缩载荷以及存储电能。然后，多功能结构可以用作承重材料和储能材料。

在层压结构电极中，电极材料具有固有的承载和储能功能。这种电池也被称为无质量电池，因为理论上车身部件也可以储存能量，因此不会给车辆增加任何额外的重量，因为不需要额外的电池。这种电池的一个例子是基于锌阳极、氧化锰阴极和纤维/聚合物复合电解质的电池。

结构电解质能够实现稳定的充电和放电性能。该组件已在无人驾驶飞行器中进行了演示。通常提出的结构电池基于碳纤维增强聚合物(CFRP)概念。在这里，碳纤维同时用作电极和结构增强材料。层板由嵌入基质材料（例如聚合物）中的碳纤维组成。与常用的乙烯基酯或环氧树脂基质不同，多层碳纤维浸渍有基质，可以在纤维之间传递负载，也可以传输锂离子。这种类型的储能系统可以基于镍或锂离子化学。层压板由负极、隔膜和正极组合而成，嵌入离子导电和结构电解质中。在层压结构电极概念中，碳纤维可用于嵌入锂离子（结构阳极）；类似地，对于市售的石墨阳极。结构阴极由涂有电化学活性物质（例如氧化锂颗粒）的碳纤维组成。使用碳纤维负极和磷酸铁锂正极的结构电池示例被证明能够点亮LED。在两个结构电极之间使用了一些隔膜材料以防止短路。然而，上述CFRC概念仍在研究中。