多功能结构电池性能图谱分析：从刚性材料到柔性架构的设计策略

《Materials Today Energy》：An analysis of how multifunctional structural batteries compare to monofunctional composites and improve with advanced battery chemistries.

本文系统分析了结构电池（SBs）在机械承载与电化学储能方面的性能边界，通过建模揭示了其与单功能复合材料（商业电池+结构梁）的竞争差距。研究指出，当前高模量结构电池在刚度和能量密度上均未超越传统组合，但在柔性电池架构（如软机器人）和隔膜优化（如LATP、LLZO等陶瓷电解质）领域存在显著优势，为可调多功能储能系统提供了关键设计原则。

　　

结构材料选择

我们认为，所有高刚度结构电池面临的一个关键问题是："结构电池能否超越简单结构梁与现成电池组合的优势？" 图1通过比较简单梁与棱柱形锂离子电池（LIB）组合的抗压模量（我们称之为单功能复合材料）来帮助我们回答这个问题。我们选择弹性模量作为参数来阐明和建立当前的设计空间，因为它在机械性能中的重要性...

结论

结构电池研究的最新进展已显示出机械和电化学性能的显著改善。然而，当前的结构电池系统在性能上仍未能超越附着在简单梁上的商业电池系统，并且更关键的是，落后于独立商业电池能量密度的持续进步。诸如集成高模量隔膜等创新，可以在不牺牲电化学性能的前提下提供适当的机械耐久性...