摘要
碳纤维结构电池是一类将电化学储能与机械承载能力相结合的多功能储能系统。与主要基于单体级能量密度进行评估的传统电池不同，结构电池通过减少非活性结构质量、提高空间利用率以及在一体化结构中实现分布式储能，为系统级减重提供了新的机遇。近年来，在碳纤维电极、结构电解质、层压器件、电解质拓扑工程以及全碳纤维结构电池方面取得了显著进展。然而，大多数已报道的进展都是在相对理想的静态测试条件下验证的，在制造和长期服役条件下维持多功能性能仍然是一个关键挑战。本综述从可靠性角度系统考察了碳纤维结构电池的发展。首先介绍了系统级动机和技术演进，并根据集成深度和多功能耦合程度对现有架构进行了分类。随后讨论了碳纤维电极，重点在于平衡容量、离子传输、循环稳定性、机械性能保持、界面鲁棒性和制造可扩展性。此外，从拓扑调控离子传输和载荷传递的角度回顾了结构电解质，特别关注离子电导率与机械模量之间的内在权衡。此外，从多功能性退化缺陷的角度分析了制造路线和器件架构，包括空隙、干燥区域、涂层裂纹、弱界面和集流体不连续性。最后，以保留的多功能性作为面向可靠性的评估标准，考察电化学、机械、界面和安全功能的保持情况，特别强调碳纤维特有的失效链，该链将界面和制造异质性与多功能性退化缺陷、耦合场局部化和损伤扩展联系起来。本综述强调，可靠的碳纤维结构电池需要对材料、界面、电解质拓扑、耦合退化行为和验证协议进行应用特定且协调的优化。
