高拉伸强度的碳纤维电动汽车锂电池材料

近日有报道称，来自瑞典的研究人员正在探索开发可用于电动汽车的碳纤维锂电池电极材料。

这种材料具有非常高的拉伸强度。

碳纤维锂电池电极材料将用于电动汽车多功能锂离子结构电池。

其中，多功能锂离子结构电池可以将电池储能材料集成到车体中。

由于碳纤维材料具有非常高的拉伸强度和极限拉伸强度（UTS），因此还具有非常强的锂离子集成能力。

因此，碳纤维材料常被用作锂离子电池的结构电极。

瑞典皇家理工学院（KTH）MatsJohansson表示，上述电动汽车碳纤维锂电池结构电极材料研发项目的主要研究目的是提高电池的机械性能，使电池不仅能储存能量，但也可以作为结构的一部分进行设计和集成。

和其他功能。

MatsJohansson还举了一个例子，通过使用上述电动汽车用碳纤维锂电池结构电极材料，可以将汽车的引擎盖设计成电池的一部分。

上述多功能锂离子结构汽车电池吸引了众多研究项目，其中包括：来自伦敦帝国理工学院的研究人员和沃尔沃汽车技术研究人员组成的研究团队。

研究团队的研究目的是开发多功能锂离子结构汽车电池原型。

该电池采用碳纤维材料和聚合物树脂，使电池不仅可以储存和释放电能，而且结构强度高且重量轻，因此可以设计、制造并集成到汽车零部件中。

该研究项目的总经费为10,000欧元（约合10,000美元）。

项目开发商计划用复合材料取代备胎舱内的金属地板。

沃尔沃汽车目前正致力于设计备胎舱复合材料并将其应用到原型车上进行实验研究。

沃尔沃汽车研究团队开发了两种多功能复合材料部件并进行了实验研究，为后续研究上述技术奠定了基础。

其中，已开发的两种多功能复合部件是行李箱盖和充气盖。

上述两个新组件已在沃尔沃S80车型上进行了测试。

RANGE研究计划 美国能源高级研究计划局（ARPA-E）启动了一项名为RANGE的研究计划。

该计划的目的是推动电动汽车储能介质的革命性进步。

2017年，能源高级项目研究所向四个不同的研究项目颁发了总计高达1万美元的项目奖。

上述四个研究项目分别由斯坦福大学、加州大学圣地亚哥分校（UC San Diego）、亚利桑那州立大学和宾夕法尼亚州立大学牵头。

其中，上述四个研究项目的研究目的是开发多功能结构汽车电池。

伦敦帝国理工学院研发项目协调员Emile Greenhalgh表示，上述多功能结构电池复合材料不仅可以存储和释放电能，还可以承载机械载荷。

其性能于2006年被美国陆军研究实验室的研究人员正式实验证实。

2017年材料研究学会研讨会上，有一篇技术文章介绍了多功能发电材料和储能材料的三个应用实例：锂离子结构电池、质子电池交换膜（质子交换膜，PEM）燃料结构电池和结构电容器。

文章中的研究人员表示，上述新技术应用都经过精心设计，所使用的应用材料不仅可以存储和释放电能，还可以承载结构载荷。

因此，达到了多功能的设计目的，并且整体重量大大减轻。

针对这项技术，瑞典皇家理工学院组建了由瑞典皇家理工学院三名教授组成的研究团队，包括化学工程教授G?ran Lindbergh、光纤与聚合物技术教授Vladimir MatsJohansson、航空航天教授和车辆工程教授 Dan Zenkert。

此外，参与该研究计划的还有瑞典的SwereaSICOMP和吕勒奥理工学院。

聚丙烯腈的可逆容量潜力 来自瑞典皇家理工学院的汽车与航空航天工程研究员Eric Jacques（其博士论文研究方向是结构电池）表示，碳纤维材料在汽车上的应用主要有两个功能。

一是用作汽车车身轻质复合增强材料；另一个主要应用是作为汽车锂离子电池的电极。

Eric Jacques表示：“我们研究碳纤维锂电池电极材料的主要目的是开发一种多功能结构电池，不仅具有轻量化的材料特性，能够承受机械载荷，还能储存电能。

这样，它就可以显着减轻电动汽车的整体重量。

” Eric Jacques及其同事在《电化学学会杂志》上发表了关于这种碳纤维锂电池电极材料研究的技术论文。

论文介绍了当锂离子电池的锂率保持在一定值mA/g时，市场上出售的几种等级的聚丙烯腈（PAN）基碳纤维在完成十次充放电后的可逆电容。

循环后可以达到mAh/g甚至更高。

其中，影响锂离子电池实测容量的主要因素是锂离子电池的锂率。

通过实验发现，将通过所有实验碳纤维材料的电流减少十分之一，可以使电池容量增加10%。

通过上述实验测量研究，Eric Jacques研究团队得出结论：碳纤维材料不仅可以用作结构电池中的电池正极材料，还可以用作电池中的集流体。

EricJacques 今年早些时候，EricJacques 和他的同事在《Carbon》杂志上发表了另一篇文章。

文章主要介绍了锂离子电池中的锂含量与电池中聚丙烯腈基碳纤维材料的拉伸强度和极限拉伸强度之间的关系。

本文的主要研究结论还包括：锂离子电池经过多次电化学充放电循环后，电池中碳纤维材料的强度并未减弱，电池的实测容量也没有受到影响。

电池中的锂化碳纤维材料的极限拉伸强度在电池使用过程中会下降，但在电池脱锂过程中会部分恢复，并在电池达到最大测量容量时达到最大值。

然而，电池充满电时的极限拉伸强度仍低于其自身强度的40%。

电池中锂化碳纤维材料的极限拉伸强度降低与电池碳化率及实测容量之间的可逆性关系表明，碳纤维在电池使用过程中不会受到影响，而锂在在碳纤维的脱锂过程中，电池将被移除。

可能会发生不可逆反应。

然而，电池中锂化碳纤维材料的极限拉伸强度的降低与电池的测量容量并不是线性相关的。

同时，当电池充满电时，电池中锂化碳纤维材料的极限拉伸应变小于碳纤维材料的纵向膨胀。

上述结果表明，电池中锂化碳纤维材料极限拉伸强度的降低可能与电池缺陷区域的锂化程度有关。

其中，电池中缺陷区域的锂化程度将与电池中碳纤维材料的拉伸破坏模式直接相关。

Eric Jacques表示：“对上述技术的研究实验已经显示出非常理想的实验结果，但在推出最终适用的电池之前，我们还有很多工作要做。