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紫外辅助共挤出沉积3D打印连续碳纤维结构电池复合材料中阴极掺杂的影响

Effects of cathode doping on 3D printed continuous carbon fiber structural battery composites by UV-assisted coextrusion deposition

John M Pappas, Aditya R Thakur, Xiangyang Dong · Mechanical and Aerospace Engineering, Missouri University of Science and Technology, USA
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期刊 / 来源Journal of Composite Materials
卷/期/页55 / 26 / 3893-3908
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关键词:结构电池复合材料3D打印碳纤维增强复合材料固态聚合物电解质共挤出沉积阴极掺杂紫外固化

摘要整理

结构电池复合材料通过同时承载机械载荷和储存电能,能够实现系统级的质量和体积显著降低,这是分离式电池和结构部件无法实现的。采用3D打印技术制造任意几何形状的锂离子结构电池,不仅能够实现灵活的电池设计,还能便于其作为结构部件的集成应用。本研究提出了一种新型3D碳纤维结构电池复合材料,采用紫外(UV)辅助共挤出沉积方法进行3D打印。单根碳纤维表面涂覆固态聚合物电解质(SPE),并分散在掺杂阴极基体中,在3D打印结构电池复合材料内部的纤维水平上形成微型电池单元,实现能量存储。通过成功点亮LED灯验证了具有各种复杂几何形状的3D打印结构电池复合材料的可行性。进一步表征和研究了SPE涂层和阴极掺杂对微观结构、可打印性、力学性能和电化学性能的影响。由于掺杂阴极材料对固化的阻碍作用,可打印性与电化学性能之间存在权衡关系。所获得的电化学和力学性能与传统铺层工艺制造的碳纤维结构电池复合材料相当。这充分证明了所提出的3D打印方法在快速制造具有复杂几何形状的功能性结构电池复合材料部件中的巨大潜力。

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