Page 128 - 能源动力工程的发展与展望

D 能源动力工程的发展与展望
evelopment and Prospects of Energy and Power Engineering

了常规锂离子电池的应用要求；将 PI/PEO/LiTFSI 固体电解质制成全固态锂离子
电池在 60℃、0.5C 倍率下的循环寿命超过 200 次；在 0.1C 倍率下电池容量高达
176mA·h/g；固态电解质的拉伸强度达到 850MPa，相较于常规的 PEO/LiTFSI

电解质薄膜的拉伸强度（0.1MPa）高出 5 个数量级。该固态电解质的应用可大幅
度提高 MCSB 的力学性能。现阶段 MCSB 的研究仍有较长的路要走，纤维电极
的电容量和固态电解质的离子传输效率、结构承载能力都无法满足使用需求。
在纤维电极的研究中多采用增大其比表面积来提高电容量的方法，但应合理

把握以下影响因素：①纤维丝束尽可能小；②纤维宽展的尽可能薄；③合适的纤
维表面形貌。在固态电解质的研究中要合理控制其孔隙率的大小在保证离子传输
效率的同时提高力学性能。此外，制备过程也存在一些问题，例如封装形式多采
用铝塑膜等材料封装制成软包电池，而铝塑膜不能与碳纤维外壳紧密结合，导致

受力时无法均匀分散载荷；内部多采用液态电解质不能起到结构承载的作用。因
而结合上述研究过程中总结的问题，为了制成具有较高电性能和较好力学性能的
MCSB，应保证纤维电极具有较高的比表面积容纳更多的活性物质，电解质最佳
的形式是固态多孔结构能提供可移动的离子，同时控制多孔结构的孔隙率可使其

实现隔膜功能。外层封装材料也要使用碳纤维材料保证材料的一致性，提高力的
传递效率。实现载荷由外壳到碳纤维结构电极再到固态电解质的连续传递，从而
提高 MCSB 的能量效率和结构效率。

二、结构电池的应用

2014 年欧盟启动了“清洁天空”计划第二阶段（CleanSky2，CS2）。该项
目开发了复合材料作为电动飞机的机身结构并储存电能，实现轻量化，为结构 -
功能一体化机身提供了新的设计方案。把 SB 应用到空客 A380 飞机的客舱舱门

框的 C- 形梁（尺寸为 400mm×230mm×140mm，4.2kg）结构上，构成 EISB。
经估算，该设计的 ΩS 约为 0.7，ΩE 约为 0.4，实现了 ΩS+ΩE>1。该结构可
在紧急情况下以 130W 功率提供 800~900N·m 的扭矩打开舱门。Nguyen 等基于
空客 A220-100 型号飞机进行了相关研究。将飞机客舱的地板结构替换为结构储

能器件（EISB），减重 324kg，ΩS 提高到了 0.9，ΩE 提高到了 0.8，每年可节
省约 10 万美元的成本，减少 343 吨 CO 2 排放，减少 1.4 吨氮氧化物排放。碳纤
维复合材料结构锂离子电池的应用也可减轻新能源汽车的车身质量，提高车辆

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