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瑞典研究出具有高抗拉强度的碳纤维EV锂电池材料

2014-07-07 14:25
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  聚丙烯腈的可逆容量潜力

  来自瑞典皇家理工学院的汽车和航空航天工程研究员EricJacques(其博士论文研究方向就是关于结构电池方面的)表示,碳纤维材料应用到汽车中主要有两种功能体现,其一就是作为汽车车身的轻质复合型加强材料;另一主要应用就是作为汽车锂离子电池的电极。

  EricJacques表示:“我们对碳纤维锂电池电极材料研究的主要目的是为了开发一种不仅可以具有轻质材料特性同时又可以承受机械载荷另外又可以储存电能的多功能结构电池。这样一来就可以大幅降低电动汽车的整体重量。”

  EricJacques和其同事于2013年在电化学学会期刊上发表了一篇关于该碳纤维锂电池电极材料研究的技术论文。论文中介绍道,在锂离子电池锂化率维持在一定值100毫安/克时,市场上出售的好几个档次的聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)基碳纤维的可逆电容量在完成十次充放电循环后均能够达到100毫安时/克甚至更高。其中,影响锂离子电池测量电容量的主要因素为锂离子电池的锂化率。经试验发现,降低通过所有实验碳纤维材料十分之一的电流大小可以使电池电容量提升100%。通过以上实验测量研究,EricJacques研究团队总结道碳纤维材料在结构电池中不仅可以作为电池阴极材料而且还可以作为电池中的集电极。

  在今年早些时候,EricJacques和其同事又在Carbon杂志上发表了一篇文章。文章主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材料抗拉强度、极限抗拉强度之间的关系。该论文主要研究结论还包括:

  锂离子电池在经过几次电化学充放电循环后,电池中碳纤维材料的强度并未出现减弱现象,并且电池的测量电容量也未受到影响。

  电池中锂化碳纤维材料的极限抗拉强度会在电池使用过程有所降低,但是其会在电池脱锂过程中部分恢复,并在电池达到最大测量电容量时达到最高。但是,在电池完全充电情况下其极限抗拉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抗拉强度降低的可逆性与电池碳化率和测量电容量的关系表明,电池在使用过程中碳纤维并不会受到影响,而电池中的锂在碳纤维脱锂过程中可能会发生不可逆反应。然而,电池中锂化碳纤维材料极限抗拉强度的降低与电池测量电容量并不呈线性关系。同时,在电池完全充电情况下,电池中锂化碳纤维材料极限抗拉应变要小于碳纤维材料的纵向膨胀。

  以上结果表面,电池中锂化碳纤维材料极限抗拉强度的降低可能与电池中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直接关系到电池中碳纤维材料的拉伸破坏模式。

  EricJacques对此表示:“对于以上技术的研究实验呈现出了非常理想的实验结果,但是在我们推出最终的可应用电池之前我们还有非常多的工作需要去完成。” 

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