Широкое внедрение электромобилей во многом зависит от разработки надежных и быстро заряжающихся аккумуляторных технологий, которые могут поддерживать их непрерывную работу в течение длительных периодов времени. Одно из предлагаемых решений по хранению энергии для повышения выносливости электромобилей подразумевает использование так называемых структурных аккумуляторов.

Структурные батареи — это батареи, которые могут выполнять две функции, выступая как структурные компоненты транспортных средств и решения для хранения энергии. Вместо того чтобы быть внешними компонентами, которые добавляются к электронному или электрическому устройству, эти батареи таким образом непосредственно встраиваются в структуру.

Исследователи из Шанхайского университета и их коллеги недавно разработали многообещающую стратегию изготовления высокопроизводительных структурных батарей с настраиваемыми геометрическими конфигурациями. Их стратегия, изложенная в статье, опубликованной в Composites Science and Technology, позволяет печатать на 3D-принтере структурные литий-ионные батареи для различных геометрических конфигураций.

«Целью данного исследования является разработка интегрированной конструкции для хранения энергии и конструкции с высокой несущей способностью и высоким уровнем накопления энергии, - рассказал Tech Xplore Иньхуа Бао, один из авторов статьи. - В вопросах проектирования структурных накопителей энергии материаловедение в основном фокусируется на синтезе и использовании материалов, а также на вторичном проектировании компонентов для накопления энергии. Например, можно использовать каркасы из углеродного волокна или стекловолокна, а также можно вносить изменения в электроды батареи, сепараторы или электролиты для повышения несущей способности структурного накопителя энергии».

Несмотря на свои потенциальные преимущества, многие ранее изготовленные структурные решения для хранения энергии, как выяснилось, имеют существенные ограничения. К ним относятся относительно низкая плотность энергии и плохие электромеханические характеристики циклирования.

В рамках своего исследования Бао и его коллеги приступили к изготовлению более производительных структурных батарей с использованием масштабируемой стратегии изготовления. Они специально исследовали возможность изготовления этих батарей с использованием 3D-печати, которая в настоящее время широко используется для производства различных продуктов и электронных компонентов.

Исследователи использовали предложенный ими подход для изготовления образца композитной структурной батареи. В ходе первоначальных испытаний было обнаружено, что эта батарея выдерживает значительные растягивающие и изгибающие нагрузки, а также демонстрирует высокую плотность энергии 120 Вт·ч·кг -1 и 210 Вт·ч·л -1 (3,5 мА·см -2 ).

Примечательно, что батарея сохранила до 92% своей емкости после 500 рабочих циклов. Она также сохранила 98,7% своей емкости при растягивающем напряжении 80 МПа и 97% своей емкости при изгибающем напряжении 96,3 МПа, теряя примерно 0,18% своей емкости за рабочий цикл.

Источник: Composites Science and Technology