Batería estructural

Las baterías estructurales son materiales o estructuras multifuncionales , capaces de actuar como un sistema de almacenamiento de energía electroquímica (es decir, baterías ) a la vez que poseen integridad mecánica . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

Ayudan a ahorrar peso y son útiles en aplicaciones de transporte ^{[ 4 ] [ 5 ]} , como vehículos eléctricos y drones , ^{[ 6 ]} debido a su potencial para mejorar la eficiencia del sistema. Se pueden distinguir dos tipos principales de baterías estructurales: baterías integradas y electrodos estructurales laminados. ^{[ 7 ]}

Las baterías integradas representan estructuras multifuncionales donde las celdas de baterías de iones de litio se integran eficientemente en una estructura compuesta , y más frecuentemente en estructuras tipo sándwich . En un diseño tipo sándwich, las baterías de iones de litio de última generación se integran formando un núcleo y se unen entre dos láminas delgadas y resistentes (por ejemplo, aluminio). Las láminas soportan las cargas en el plano y de flexión, mientras que el núcleo de la batería absorbe las cargas transversales de cizallamiento y compresión, además de almacenar la energía eléctrica . La estructura multifuncional puede utilizarse como material de soporte de carga y de almacenamiento de energía . ^{[ 8 ]}

En los electrodos estructurales laminados, el material del electrodo posee una función intrínseca de soporte de carga y almacenamiento de energía . Estas baterías también se denominan baterías sin masa , ya que, en teoría, las partes de la carrocería del vehículo también podrían almacenar energía, sin añadir peso adicional al vehículo, puesto que no se necesitarían baterías adicionales. ^{[ 9 ]} Un ejemplo de estas baterías son las basadas en un ánodo de zinc , un cátodo de óxido de manganeso y un electrolito compuesto de fibra/polímero . ^{[ 10 ]} El electrolito estructural permite un rendimiento estable de carga y descarga. Este conjunto se ha demostrado en un vehículo aéreo no tripulado . Una batería estructural comúnmente propuesta se basa en un concepto de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP). En este caso, las fibras de carbono sirven simultáneamente como electrodos y refuerzo estructural. La lámina está compuesta por fibras de carbono incrustadas en un material de matriz (por ejemplo, un polímero ). Múltiples capas de fibras de carbono están impregnadas con una matriz que permite la transferencia de carga entre las fibras, así como el transporte de iones de litio , a diferencia de las matrices de viniléster o epoxi comúnmente utilizadas . Este tipo de sistema de almacenamiento de energía puede basarse en níquel ^{[ 11 ]} o en la química de iones de litio ^{[ 12 ]} . El laminado se compone de un electrodo negativo , un separador y un electrodo positivo, incrustados en un electrolito estructural y conductor iónico . En el concepto de electrodos estructurales laminados, se pueden usar fibras de carbono para intercalar , por ejemplo, iones de litio ( ánodo estructural); de forma similar a los ánodos de grafito disponibles comercialmente . El cátodo estructural consiste en fibras de carbono recubiertas con especies electroquímicamente activas, por ejemplo, partículas de óxido de litio. Se demostró que una batería estructural que utiliza un electrodo negativo de fibra de carbono y un electrodo positivo de fosfato de hierro y litio era capaz de encender un LED ^{[ 13 ]} .Se utiliza algún material separador entre los dos electrodos estructurales para evitar cortocircuitos . ^{[ 14 ] [ 15 ]} Sin embargo, el concepto CFRC descrito anteriormente aún está en investigación. ^{[ 16 ]}

• Materiales compuestos estructurales para baterías