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瑞典查尔姆斯理工大学发现提升碳纤维电化学容量的方法
发布日期:2018-12-01  来源:航空工业信息网  浏览次数:340
 
   据瑞典查尔姆斯理工大学网站2018年10月18日报道,瑞典查尔姆斯理工大学的科研人员近期公布了一项关于碳纤维微观结构如何影响其电化学特性的研究,其结果表明,碳纤维可以用作高容量锂离子电池的负极,在承载的同时直接储存能量,这为可承力结构电池的研制提供了可能。
  研究人员研究了不同类型市售碳纤维的微观结构,发现微小且取向不良晶体的碳纤维具有良好的电化学性能,但刚度太低,而具有较大而高取向晶体的碳纤维刚度高,但电化学性能又太低。为了进一步理解碳纤维微结构与锂离子插入机制和电化学容量间的关系,研究人员通过扫描电子显微镜(SEM) 、高分辨投射电子显微镜(HR-TEM)以及电化学方法对多种不同类型的中、高模量聚丙烯腈基碳纤维的明显微观结构差异进行了详细表征,并通过每种碳纤维的原位共聚焦拉曼光谱对充放电期间锂离子的嵌入机理进行了研究。拉曼G带分析显示,高模量碳纤维中的锂离子嵌入机制与结晶石墨中的类似,其相对较低的电化学容量(约150mAh/g)是由于阻塞性乱层无序使分阶段结构的形成受挫。相反,具有更高电化学容量(约300mAh/g)的中等模量碳纤维的锂离子插入机制则更接近部分无序碳。因此,通过定制石墨序列和微晶尺寸可以改进多功能碳纤维的性能。
  研究人员表示,使用这种多功能碳纤维结构电池有助于显着减轻未来飞机和车辆的重量,如用于制造整个机体或车体,可使电动汽车或飞机的结构重量降低50%。该研究的相关论文Graphitic microstructure and performance of carbon fibre Li-ion structural battery electrodes发表在Multifunctional Materials期刊上。
 
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