你将学习:
- 什么是“结构”电池的定义?
- 研究团队用来制造这种创新结构电池的材料。
- 电池的初步性能结果。
在设计中，物理元素既是结构支撑元素，又是功能元素，这对于减轻重量和缩小尺寸并不是什么新想法。事实上，这是一个标准的工程策略。当然，在很多情况下，说起来容易做起来难。这种情况与较大的可充电电池，其中的支持结构和内部元素很大程度上是不同的实体。
现在，一个团队在查尔默斯理工大学(瑞典)已经生产出了他们所谓的“结构电池”，其性能比他们之前在这一领域的努力提高了10倍。使用锂基化学，它包含碳纤维，同时作为电极，导体和承重材料(图1)．
但也存在一个权衡:这种电池的能量密度约为24 Wh/kg，他们承认这大约是目前可用的同类锂离子电池容量的20%。研究人员认为，这并不是一个大的缺点，因为汽车的重量可以大大减少，驾驶一辆电动汽车将需要更少的能源。例如，特斯拉model S (85 kWh)的电池约占汽车总重量的25%。
新设计的弹性模量(刚度)为25 GPa，抗拉强度超过300 MPa。结构电池由多功能部件制成，增强碳纤维(CFs)作为电极和电流集电极。结构电解质用于负载转移和离子传输，玻璃纤维织物将CF电极与铝箔支撑的锂-铁-磷酸盐正极分开。作为典型的电池结构，结构电池的制造是一个复杂的，多步骤的过程(图2)．
以Whatman GF/A和GF平纹组织两种玻璃纤维(GF)织物隔板为模型材料，研究了隔板厚度、结构以及材料各向异性对多功能性能的影响。研究人员提供了两种织物组织的电气和机械性能的详细图表和表格(分别见图3、图4)．
这不是他们在这个领域的第一次尝试。之前的结构电池尝试是在2007年，但很难制造出具有良好电气和机械性能的电池。有了这一最新进展(与KTH皇家理工学院他们已经实现了一种结构电池，在电能存储、刚度和强度方面大大提高了性能。他们还坚持认为，多功能性能比以前的结构电池原型高出10倍。
正如查尔默斯大学的Leif Asp教授和该项目的负责人所解释的那样，“以前制造结构电池的尝试已经产生了具有良好机械性能或良好电学性能的电池。但在这里，使用碳纤维，我们成功地设计了一种结构电池，具有竞争性的储能能力和刚度。”(Note: the project team is using the term “massless energy storage” for their work because they maintain that, in essence, the battery’s weight “vanishes” when it becomes part of the load-bearing structure. However, this seems to me to be quite a stretch of terminology and fundamental physics.)
由瑞典国家航天局资助的后续项目正在进行中，目标是进一步提高结构电池的性能。铝箔将被碳纤维取代，作为正极的承载材料，提供更高的刚度和能量密度。玻璃纤维隔板将被一种超薄型隔板取代，这将带来更大的效果，以及更快的充电周期。
这个新项目预计在两年内完成。Asp教授估计这种电池可以达到75 Wh/kg的能量密度和75 GPa的刚度，从而使电池的强度和铝差不多，但重量要轻得多。
项目详情可通过多种资源获得:
- 他们的论文在高级能源和可持续性研究(HTML):“一种结构电池及其多功能性能”
- 同一篇论文(pdf格式):一种结构电池及其多功能性能”
- ”支持信息”(Word文档)
