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NRL团队提出结构电池发展方向 着眼于解耦结构和高能量密度电池

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58京牌 ,美国海军研究实验室的研究团队发现,在设计结构电池的两种主要方法中(采用具有去耦合功能的单功能材料或具有耦合功能的多功能材料),依赖于单功能材料的解耦结构电池,通常比耦合结构电池具有更高的弹性模量和比能量值。

图片来源:greencarcongress

研究人员的分析还表明,要进一步开发下一代结构电池,应着眼于高能量密度的铝-空气电池和锌-空气电池。

研究人员Hopkins表示:“结构电池,即设计用于承受机械载荷的电池,预计将大幅提升系统级比能量,从而使的行驶里程增加70%,无人机的悬停时间延长41%。结构电池能够储存能量和承载机械载荷,减少设备所需的传统结构材料的数量。”

该团队对实验用结构电池进行了元分析,还通过弯曲刚度的公式证明,解耦结构电池具有基本优势,因为它们将承重部件置于最外层表面上,即电池外壳。

研究人员表示:“我们的分析显示,解耦结构电池的性能,通常优于基于现有全电池原型的耦合版本。然而,这两种结构的电池仍然面临一定的挑战。例如,大多数结构电池使用的是锂离子化学物质(238 Wh/kgcell),如果被机械负荷损坏,就会发生热失控。不幸的是,能量密度更高的锂基化学物质,如锂硫和锂空气电池,也会发生热失控。

“如果采用轻质金属或汽车纤维复合材料,能使电池外壳材料达到基本性能极限,那么必须使用体积和重量能量密度更高的耐损伤电池材料,来提高结构电池的性能。因此,我们建议使用能量密度高的水金属-空气电池,以免发生热失控,如一次性使用的铝-空气电池(系统级900 Wh/kgsy)和可充电的二次锌-空气电池(400 Wh/kgsy)。”

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