Toward High‐Capacity Carbon Fiber Cathodes for Structural Batteries using Electrophoretic Deposition: Effects of Oxidative Surface Treatment on Carbon Fibers

电泳沉积 材料科学 极限抗拉强度 电化学 阴极 复合材料 碳纤维 碳纳米管 氧化物 化学工程 纤维 复合数 电极 冶金 化学 物理化学 工程类 涂层
作者
Nur Ayu Afira Sutrisnoh,Gwendolyn J.H. Lim,Kwok Kiong Chan,Karthikayen Raju,Vanessa Teh,Jing Lim,Derrick Wen Hui Fam,Madhavi Srinivasan
出处
期刊:Advanced Engineering Materials [Wiley]
卷期号:25 (23)
标识
DOI:10.1002/adem.202300694
摘要

Structural batteries possess multifunctional capability to store electrochemical energy and carry mechanical load concurrently. Carbon fiber cathodes (CFC), one of the main components in structural batteries, can be fabricated by depositing cathode active materials on carbon fibers using techniques such as electrophoretic deposition (EPD). However, intrinsically inert surface of carbon fibers may result in weak adhesion. In this study, different oxidative surface treatments (acid, electrochemical, and heat) are evaluated based on their ability to activate surfaces of carbon fibers. The mechanical and electrochemical performance of resultant CFC fabricated with lithium nickel manganese cobalt oxide (NMC 111) via EPD are analyzed. The best‐performing CFC are achieved using acid‐oxidized carbon fibers due to their improved interfacial adhesion. Acid‐oxidized AS4C 3k CFC yield a high specific capacity of 151 mAh g −1 after 100 cycles at 1 C and are stable over 100 cycles at 1 C with capacity retention close to 100% and give a stiffness of 25 GPa and ultimate tensile strength of 260 MPa. Acid‐oxidized 12k CFC show higher mechanical performance with stiffness of 53 GPa and ultimate tensile strength of more than 500 MPa, which make them more favorable to be used for structural batteries.
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