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| 58.03 MB | Adobe PDF |
Abstract(s)
This thesis focuses on the successful development of an aluminum-ion structural battery,
which addresses the growing concerns of global warming and pollution by exploring more
sustainable technologies, particularly electric vehicles. Structural batteries have emerged
as a potential solution to overcome limitations such as low range and short autonomy in
electric vehicles.
The research begins with an introduction to battery components and their specifications,
providing a foundation for selecting the appropriate chemistry. After analyzing the three
main chemistries (lithium, sodium, and aluminum), a qualitative analysis leads to the
selection of aluminum chemistry due to its lower cost, higher safety, and environmental
friendliness. Carbon fiber reinforcement is chosen based on the prevalent use of carbonbased cathodes in aluminum-ion batteries.
A comprehensive literature review is conducted to gain a deeper understanding of this
multifunctional system and establish a basis for comparison. Several battery designs are
tested before finalizing the chosen design. Detailed step-by-step descriptions of the manufacturing processes are presented, resulting in the production of various samples of the
structural battery measuring 100 mm by 100 mm.
The achieved results demonstrate a Young’s modulus of ˜ 19.1 GPa and a flexural strength
of ˜ 247.5 MPa. Additionally, the structural battery showcased its functional capabilities
by successfully illuminating different colored LEDs such as red, blue and green. Furthermore it achieved a max voltage of 1.65 V, and the capability of having constant voltage and
internal resistance under a 5 mm deflection.
This research contributes to the advancement of sustainable energy storage technologies
and their potential application in electric vehicles. The findings highlight the successful
development of an aluminum-ion structural battery with promising mechanical properties and functional performance, paving the way for further exploration in this field.
Esta dissertação tem por base o desenvolvimento bem-sucedido de uma bateria estrutural de alumínio, que aborda as crescentes preocupações com o aquecimento global e a poluição por meio da exploração de tecnologias mais sustentáveis, em particular veículos elétricos. As baterias estruturais surgiram como soluções potenciais para superar limitações como baixa autonomia e curta distância em veículos elétricos. Uma revisão abrangente da literatura é conduzida para obter uma compreensão mais profunda desse sistema multifuncional e estabelecer uma base para comparação. Vários projetos de bateria são testados antes de finalizar o projeto escolhido. Descrições detalhadas passo a passo dos processos de fabricação são apresentadas, resultando na produção de várias amostras da bateria estrutural com dimensões de 100 mm por 100 mm. A pesquisa começa com uma introdução aos componentes de bateria e suas especificações, fornecendo uma base para a seleção da química apropriada. Após analisar as três principais químicas (lítio, sódio e alumínio), uma análise qualitativa leva à escolha da química de alumínio devido ao seu custo mais baixo, maior segurança e amigabilidade ambiental. O reforço de fibra de carbono é selecionado com base no uso predominante de cátodos à base de carbono em baterias de alumínio. Obteve-se um módulo de Young de ˜ 19.1 GPa e uma resistência à flexão de ˜ 247.5 MPa. Além disso, a bateria estrutural demonstrou suas capacidades funcionais ao iluminar com sucesso LEDs de cores diferentes, como vermelho, azul e verde. Para além disso revolou uma tensão máxima de 1.65 V e a capacidade de manter a tensão e a resistência interna quando sujeito a uma deflexão de 5 mm. Esta pesquisa contribui para o avanço das tecnologias sustentáveis de armazenamento de energia e sua aplicação potencial em veículos elétricos. Os resultados destacam o desenvolvimento bem-sucedido de uma bateria estrutural de alumínio com propriedades mecânicas promissoras e desempenho funcional, abrindo caminho para explorações adicionais nesse campo.
Esta dissertação tem por base o desenvolvimento bem-sucedido de uma bateria estrutural de alumínio, que aborda as crescentes preocupações com o aquecimento global e a poluição por meio da exploração de tecnologias mais sustentáveis, em particular veículos elétricos. As baterias estruturais surgiram como soluções potenciais para superar limitações como baixa autonomia e curta distância em veículos elétricos. Uma revisão abrangente da literatura é conduzida para obter uma compreensão mais profunda desse sistema multifuncional e estabelecer uma base para comparação. Vários projetos de bateria são testados antes de finalizar o projeto escolhido. Descrições detalhadas passo a passo dos processos de fabricação são apresentadas, resultando na produção de várias amostras da bateria estrutural com dimensões de 100 mm por 100 mm. A pesquisa começa com uma introdução aos componentes de bateria e suas especificações, fornecendo uma base para a seleção da química apropriada. Após analisar as três principais químicas (lítio, sódio e alumínio), uma análise qualitativa leva à escolha da química de alumínio devido ao seu custo mais baixo, maior segurança e amigabilidade ambiental. O reforço de fibra de carbono é selecionado com base no uso predominante de cátodos à base de carbono em baterias de alumínio. Obteve-se um módulo de Young de ˜ 19.1 GPa e uma resistência à flexão de ˜ 247.5 MPa. Além disso, a bateria estrutural demonstrou suas capacidades funcionais ao iluminar com sucesso LEDs de cores diferentes, como vermelho, azul e verde. Para além disso revolou uma tensão máxima de 1.65 V e a capacidade de manter a tensão e a resistência interna quando sujeito a uma deflexão de 5 mm. Esta pesquisa contribui para o avanço das tecnologias sustentáveis de armazenamento de energia e sua aplicação potencial em veículos elétricos. Os resultados destacam o desenvolvimento bem-sucedido de uma bateria estrutural de alumínio com propriedades mecânicas promissoras e desempenho funcional, abrindo caminho para explorações adicionais nesse campo.
Description
Keywords
Baterias de Alumínio Baterias Estruturais Compósitos de Carbono Sistemas Mutifuncionais