Thin, Uniform, and Highly Packed Multifunctional Structural Carbon Fiber Composite Battery Lamina Informed by Solid Polymer Electrolyte Cure Kinetics

材料科学 复合数 聚合物 电解质 动力学 纤维 复合材料 化学工程 电池(电) 电极 功率(物理) 化学 物理 物理化学 量子力学 工程类
作者
Mohamad A. Raja,Su Hyun Lim,Doyun Jeon,Sangyoon Bae,Woong Oh,Inyeong Yang,Dajeong Kang,Jawon Ha,Ha Eun Lee,Il‐Kwon Oh,Sanha Kim,Seong Su Kim
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.4c08698
摘要

Multifunctional structural batteries promise advancements in structural energy storage technologies by seamlessly integrating load-bearing and energy-storage functions within a single material, reducing weight, and enhancing safety. Yet, commercialization faces challenges in materials processing, assembly, and design optimization. Here, we report a systematic approach to develop a carbon fiber (CF)-based structural battery impregnated with epoxy-based solid polymer electrolyte (SPE) via robust vacuum-assisted compression molding (VACM). Informed by cure kinetics, SPE processing enhances the multifunctional performance with no fillers or additives. The thin flexible CF-based laminae impregnated under high pressure achieved a substantial enhancement of ∼160% in the fiber volume fraction (FVF) as although thin and strip-shaped, the fibers were optimally packed with low void. A CF/SPE-based battery was fabricated, with a hybrid layered ionic liquid (IL)/ carbonate electrolyte (CE) showing enhanced safety and multifunctional performance. Enhanced by thin, uniform, and stiff CF-based composites, this study propels the development of advanced multifunctional structures, thereby expediting sustainable commercialization.
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