A reduction in the global use of fossil fuels is necessary when striving for a more sustainable future. One key strategy in the transition from fossil fuels is electrification. This strategy is particularly prominent within the transport sector, where more efficient ways to store electric energy are being pursued. Structural battery composites represent a promising technology. Being based on multifunctional composite materials that can carry mechanical loads and store electrical energy at the same time, they provide a ‘mass-less’ energy storage. This work aims to develop a shape morphing structural battery capable of bending upwards and downwards in a cantilever setup. The structural battery is made from several constituents. Two outer layers of carbon fibers act as negative electrodes and a middle layer of aluminium foil coated with NMC622 on both sides acts as the positive electrodes. Additionally, a glass veil layer and a ceramic separator separate the positive and negative electrodes. A structural battery electrolyte is used to embed the laminate in order to provide load transfer and ion transfer. From this setup, it is possible to control the lithiation/delithiation of each carbon fiber layer independently and thereby bend the laminate in the desired direction. Subsequently, the system is modeled both analytically using Matlab and numerically using Comsol Multiphysics 6.1. From the models it is found that the system is in theory capable of large deformations, showing promising results. However, the experimental laminates show low capacity upon cycling which would cause near to zero deformations. The poor performance of the system could be linked to incompatibility between the structural battery electrolyte and the NMC622. / En minskning av den globala användningen av fossila bränslen är nödvändig i strävan efter en mer hållbar framtid. En nyckelstrategi i övergången från fossila bränslen är elektrifiering. Denna strategi är särskilt framträdande inom transportsektorn, där effektivare sätt att lagra elektrisk energi eftersträvas. Strukturella batterikompositer representerar en lovande teknik. Genom att vara baserade på multifunktionella kompositmaterial som har förmåga att bära mekaniska belastningar och lagra elektrisk energi samtidigt, ger de en "masslös" energilagring. Detta arbete syftar till att utveckla ett formförändrande strukturellt batteri som kan böjas uppåt och nedåt i en fribärande uppsättning. Det strukturella batteriet är tillverkat av flera beståndsdelar. Två yttre lager av kolfibrer fungerar som negativa elektroder och ett mellanlager av aluminiumfolie belagd med NMC622 på båda sidor fungerar som positiva elektroder. Dessutom separerar ett glasfiberlager och en keramisk separator de positiva och negativa elektroderna. En strukturell batterielektrolyt används för att bädda in laminatet för att ge lastöverföring och jonöverföring. Från denna uppsättning är det möjligt att kontrollera lithieringen/delithieringen av varje kolfiberlager oberoende och därigenom böja laminatet i önskad riktning. Därefter modelleras systemet både analytiskt med Matlab och numeriskt med Comsol Multiphysics 6.1. Från modellerna visar det sig att systemet i teorin är kapabelt till stora deformationer, vilket visar lovande resultat. De experimentella laminaten visar emellertid låg kapacitet vid cykling, vilket skulle orsaka nästan inga deformationer. Systemets dåliga prestanda kan vara kopplat till inkompatibilitet mellan den strukturella batterielektrolyten och NMC622.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-340464 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Bici, Alfredo |
| Publisher | KTH, Lättkonstruktioner, marina system, flyg- och rymdteknik, rörelsemekanik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-GRU ; 2023:263 |
Page generated in 0.0883 seconds