CN105845445A - 能存储/释放电荷的复合材料结构件及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种能存储/释放电荷的复合材料结构件及其制备方法和应用，该复合材料结构件是由层状结构的结构件单体叠加而成，层状结构的结构件单体的两侧由中心向外对称，从中心向外依次为电解质隔膜、电解质、导电电极、集流体、绝缘和封装层，利用复合材料的成型工艺，可制备不同形状和结构的可循环存储/释放电荷的复合材料构件，如圆形管、C形梁、工字梁等。这种可储能的结构件，兼具力学和储能的多功能特性，可有效地降低传统电动体系中储能单元的重量和体积，实现系统的综合优化，安全可靠，在新型电动交通工具、国防、航空航天、新能源等领域有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明是一种能存储/释放电荷的复合材料结构件及其制备方法和应用，属于结构-功能一体化材料技术领域。
背景技术
结构材料的轻量化和多功能化，对实现系统减重、节约能源、减少能耗和排放、提高效率意义重大，也是目前材料研究人员和工业应用部门共同追求的目标之一。碳纤维增强树脂基复合材料具有高的比强度和比模量、优异的抗疲劳和抗腐蚀性能等，被广泛地用于替换密度较高的钢、铝合金等金属材料作为结构材料，可以有效地降低结构系统的重量，在航空航天、新能源、交通运输、工业设施等领域有着非常广泛的应用。此外，纤维增强树脂基复合材料具有很强的可设计性，可以通过对纤维、基体及两者之间的界面进行设计和优化，获得不同的性能，以满足不同的应用需求。例如，通过对纤维和聚合物基体的导电改性，可大幅提高复合材料特别是面外方向的导电性能，从而提高飞机的抗雷击性能。目前，先进复合材料的结构功能一体化成为研究的热点，也有非常大的应用前景。
随着资源能源危机及环境污染的不断恶化，减少化石燃料的消耗，减少CO2和NOx等的排放，发展绿色清洁的电动交通运输工具(如汽车和飞机)，是当今社会迫切需要解决的难题。此外，随着交通工具智能化程度的不断提高，机载电子和电器设备，及其相应的附属导线等装置的增加，所需的电能也越来越多，因此，急需要寻求一个系统的解决方案来降低能耗和提高效率。目前在电动运输工具上所用动力电池，普遍存在重量大、寿命短、功率密度低、充电时间长等缺点。此外，这些储能装置一般作为一个与主体结构独立的模块，所占的体积很大，导致电动运输工具的续航里程短，严重制约了其推广和发展。而超级电容器是近年来快速发展起来的介于电池和静电容器之间的新型储能器件，具有功率密度大、充放电倍率高、循环寿命长等优势，作为电动交通运输工具的主电源或辅助电源，已被成功地演示和验证。将结构复合材料和超级电容器有机结合，可赋予传统结构材料以电荷存储/释放的功能特性，有望降低系统重量、节约能源。而目前商品化的超级电容器大都采用液体电解液，存在工作电压低、电解液泄漏等安全性问题，同时与结构复合材料不相容。申请号为201110271180.3的专利报道了柔性固态超级电容器，其电极由外层包覆离子-电子传导聚合物膜的活性物质、导电剂及粘结剂组成，隔膜包括聚合物电解质和纤维布支撑体，以及集流体由镀有金属层的碳纤维布和导电粘结剂组成。申请号为200780018728.5的专利报道了一种包含第一和第二电极的超级电容器的能量存储器件，其中每个电极包含由电解质树脂粘合并由多孔绝缘体隔开的导电纤维垫复合材料。然而，这些储能器件的设计仍然局限于传统电容器的思路，获得的储能器件一般是平板叠成，且结构承载能力较弱。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术存在的问题而设计提供了一种能存储/释放电荷的复合材料结构件及其制备方法和应用，该种结构件综合利用纤维增强树脂基复合材料和电化学储能装置(超级电容器)相类似的层状结构特点，通过相应的复合材料成型工艺，赋予了传统的结构件储能功能。同时，通过对构件的几何形状进行设计和优化，可制备轻质高强度的储能结构件如圆形管、C形梁、工字梁，大幅提高储能器件的结构承载能力，实现结构-储能一体化。而结合高分子聚合物固态电解质和热固性树脂基复合材料的固化工艺，超级电容器的性能稳定性和安全性大大提高。同时，这种结构功能一体化的结构件，可有效地降低储能单元的重量和体积，实现系统的综合优化，安全可靠，特别在新型电动交通工具中有广泛的应用前景。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明技术方案提出了一种能循环存储/释放电荷的复合材料结构件，该复合材料结构件是由层状结构的结构件单体叠加而成，层状结构的结构件单体的两侧由中心向外对称，从中心向外依次为电解质隔膜、电解质、导电电极、集流体、绝缘和封装层，其特征在于：
电解质隔膜是有机或无机的电子绝缘且离子导通的电解质隔膜布，电解质隔膜布为尼龙无纺布、聚丙烯隔膜纸、玻璃纤维布、纤维素隔膜纸、多孔塑料膜中的一种；
电解质为固态聚合物电解质，该固态聚合物电解质的化学成分及重量百分比为：聚合物基体60wt％～98wt％，电解质盐1wt％～20wt％，离子导电添加剂1wt％～20wt％；
导电电极是连续纤维增强体，连续纤维增强体为表面改性的碳基导电纤维的织物、无纺布或毡中的一种或几种的混合物；
集流体为碳纤维、铝箔、铜箔、镍箔、铜网、镍网、泡沫镍中的一种；
绝缘和封装层是浸渍基体树脂的电子绝缘无纺布或织物，其中，基体树脂为环氧树脂、有机硅树脂、聚乙烯醇、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、氟碳树脂、乙烯基树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸酯类低聚物和活性单体、醇酸树脂、聚酰胺树脂、氯醋树脂、聚氨酯树脂、聚偏氟乙烯树脂、有机硅改性环氧树脂、聚氨酯改性环氧树脂、环氧改性丙烯酸树脂、有机硅改性丙烯酸环氧树脂、改性丙烯酸树脂、改性酚醛、改性醇酸树脂中的一种或几种的混合物，电子绝缘无纺布或织物为玻璃纤维、芳纶、尼龙、聚酰亚胺纤维、聚丙烯腈、陶瓷纤维等高性能纤维无纺布或织物中的一种或几种的混合物。
本发明技术方案还提出了所述能循环存储/释放电荷的复合材料结构件的制备方法，其特征在于：
该方法的步骤是：
步骤一、按结构件形状设计并加工模具，采用丙酮将模具表面擦拭干净，并在模具表面涂脱模剂；
步骤二、电解质的配制：按配比称取聚合物基体、电解质和离子导电添加剂，均匀混合后制成电解质浆料；
步骤三、电解质隔膜的制备：裁剪电解质隔膜布，并在其表面均匀涂覆厚度为1μm～50μm的电解质浆料，在室温～90℃下干燥至恒重；
步骤四、导电电极的制备：裁剪碳基导电纤维的织物、无纺布或毡，然后进行表面超声清洗，并在400℃～1000℃下烧结0.1h～5h，以除去表面上浆剂，再在单面涂覆厚度为1μm～50μm的电解质浆料，并在30℃～80℃下干燥至恒重；
步骤五、绝缘和封装层的制备：裁剪电子绝缘无纺布或织物，并浸渍基体树脂；
步骤六、结构件单体的制备：依次在模具表面铺放一层绝缘和封装层、集流体、导电电极、电解质隔膜、导电电极、集流体、绝缘和封装层，其中导电电极未涂覆电解质的一面接触集流体，得到结构件单体；
步骤七、结构件单体叠加：重复在步骤六的结构件单体上继续铺贴多个结构件单体至结构设计尺寸，铺贴过程中，将相邻结构件单体的正负极通过集流体串联，且在最内和最外层的导电电极上留出电极引出线；
步骤八、固化成型：闭模，按照基体树脂的固化工艺要求，采用模压成型、热压罐成型或真空袋成型工艺进行固化，脱模获得能循环存储/释放电荷的复合材料结构件。所述结构件为圆形管、C形梁、工字梁等。
本发明技术方案又提出了所述能循环存储/释放电荷的复合材料结构件的应用，其特征在于：所述结构件因兼具力学和储能特性而能够同时作为结构件和超级电容器或电池使用。
本发明技术方案综合利用结构设计上的优势，设计和开发能循环存储/释放电荷功能的轻质结构件如圆形管、C形梁、工字梁，可有效地降低传统电动体系中储能单元的重量和体积，可以从系统层面上大幅提高储能构件的结构承载能力，进而实现结构系统减重，提高系统的综合性能。
附图说明
图1为C形梁储能结构件的示意图
图2为工字梁储能结构件的示意图
图3为圆形管储能结构件的示意图
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明技术方案作详细描述：
实施例1：C形梁储能结构件的制备
参见附图1所示，该种能存储/释放电荷的复合材料C形梁储能结构件是由层状结构的结构件单体叠加而成，层状结构的结构件单体的两侧由中心向外对称，从中心向外依次为电解质隔膜、电解质、导电电极、集流体、绝缘和封装层，其中：
电解质隔膜是电解质隔膜布，电解质隔膜布为厚度30μm的玻璃纤维平纹布；
电解质为固态聚合物电解质，该固态聚合物电解质的化学成分及重量百分比为：氢氧化钾8wt％、聚乙烯醇(分子量1900～2200)4wt％和水88wt％；
导电电极是连续纤维增强体，连续纤维增强体为表面改性的T300碳纤维平纹布；
集流体为厚度0.1mm的镍网；
绝缘和封装层是浸渍基体树脂的电子绝缘无纺布或织物，其中，基体树脂为室温固化的环氧树脂，电子绝缘无纺布或织物为厚度50μm的玻璃纤维平纹布。
该种能循环存储/释放电荷的复合材料C形梁储能结构件制备方法的步骤如下：
步骤一、按结构件形状设计并加工C形梁成型模具，采用丙酮将模具表面擦拭干净，并在模具表面涂脱模剂；
步骤二、电解质的配制：按配比称取聚合物基体、电解质和离子导电添加剂，均匀混合后制成电解质浆料；
步骤三、电解质隔膜的制备：裁剪电解质隔膜布，并在其表面均匀涂覆厚度20μm的电解质浆料，在60℃下干燥至恒重；
步骤四、导电电极的制备：裁剪T300碳纤维平纹布，然后进行表面超声清洗，并在600℃下烧结1h，以除去表面上浆剂；再在单面涂覆厚度30μm的电解质浆料，并在60℃下干燥至恒重；
步骤五、绝缘和封装层的制备：裁剪厚度50μm的玻璃纤维平纹布，并浸渍室温固化的环氧树脂；
步骤六、结构件单体的制备：依次在模具表面铺放一层绝缘和封装层、集流体、导电电极、电解质隔膜、导电电极、集流体、绝缘和封装层，其中导电电极未涂覆电解质的一面接触集流体；
步骤七、结构件单体叠加：重复在步骤六的结构件单体上继续铺贴4个结构件单体至结构设计尺寸，铺贴过程中，将相邻结构件单体的正负极通过集流体串联，且在最内和最外层的导电电极上留出电极引出线1；
步骤八、固化成型：闭模，将组装好的C形梁成型模具放入热压机固化成型，工艺为：室温下，加压至16MPa，保压4h，经脱模制得能循环存储/释放电荷的复合材料C形梁储能结构件。
实施例2工字梁储能结构件的制备
参见附图2所示，该种能存储/释放电荷的复合材料工字梁储能结构件是由层状结构的结构件单体叠加而成，层状结构的结构件单体的两侧由中心向外对称，从中心向外依次为电解质隔膜、电解质、导电电极、集流体、绝缘和封装层，其中：
电解质隔膜是电解质隔膜布，电解质隔膜布为厚度30μm的玻璃纤维平纹布；
电解质为固态聚合物电解质，该固态聚合物电解质的化学成分及重量百分比为：氢氧化钾5wt％、聚乙烯醇(分子量1900～2200)5wt％和水90wt％；
导电电极是连续纤维增强体，连续纤维增强体为表面改性的T700碳纤维平纹布；
集流体为厚度0.2mm的镍网；
绝缘和封装层是浸渍基体树脂的电子绝缘无纺布或织物，其中，基体树脂为室温固化的环氧树脂，电子绝缘无纺布或织物为厚度0.1mm的玻璃纤维平纹布。
该种具有循环存储/释放电荷的复合材料工字梁储能结构件制备方法的步骤如下：
步骤一、按结构件形状设计并加工C形梁和工字梁成型模具，采用丙酮将模具表面擦拭干净，并在模具表面涂脱模剂；
步骤二、电解质的配制：按配比称取聚合物基体、电解质和离子导电添加剂，均匀混合后制成电解质浆料；
步骤三、电解质隔膜的制备：裁剪电解质隔膜布，并在其表面均匀涂覆厚度30μm的电解质浆料，在80℃下干燥至恒重；
步骤四、导电电极的制备：裁剪T700碳纤维平纹布，然后进行表面超声清洗，并在400℃下烧结3h，以除去表面上浆剂；再在单面涂覆厚度40μm的电解质浆料，并在80℃下干燥至恒重；
步骤五、绝缘和封装层的制备：裁剪厚度0.1mm的玻璃纤维平纹布，并浸渍室温固化的环氧树脂；
步骤六、结构件单体的制备：依次在模具表面铺放一层绝缘和封装层、集流体、导电电极、电解质隔膜、导电电极、集流体、绝缘和封装层，其中导电电极未涂覆电解质的一面接触集流体；
步骤七、结构件单体叠加：重复在步骤六的结构件单体上继续铺贴3个结构件单体至结构设计尺寸，铺贴过程中，将相邻结构件单体的正负极通过集流体串联，且在最内和最外层的导电电极上留出电极引出线1；
步骤八、C形梁固化成型：闭模，将组装好的C形梁成型模具放入热压机固化成型，工艺为：室温下，加压至0.6MPa，保压4h，经脱模制得能循环存储/释放电荷的复合材料C形梁储能结构件；
步骤九、重复步骤七和步骤八制得第2个能循环存储/释放电荷的复合材料C形梁储能结构件；
步骤十、工字梁预制体制备：采用室温固化环氧树脂将步骤八和九得到的两片C形梁进行胶结，并将正负极通过镍网串联，并留出电极引出端，并在工字梁上下表面铺放一层浸渍室温固化的环氧树脂的厚度0.1mm的玻璃纤维平纹布，其他表面铺放一层浸渍室温固化的环氧树脂的厚度50μm玻璃纤维平纹布，得到工字梁预制体；
步骤十一、工字梁固化成型：在工字梁成型模具中按下列顺序铺放辅料：下模具/高温隔离布/吸胶纸/聚四氟乙烯脱模布/工字梁预制体/聚四氟乙烯脱模布/吸胶纸/高温隔离布/上模具，将组装好的工字梁模具放入热压罐中固化成型，工艺为：室温下，加压至0.6MPa，保压5h，经脱模制得能循环存储/释放电荷的复合材料工字梁储能结构件。
实施例3：圆形管储能结构件的制备
参见附图3所示，该种能循环存储/释放电荷的复合材料圆形管储能结构件是由层状结构的结构件单体叠加而成，层状结构的结构件单体的两侧由中心向外对称，从中心向外依次为电解质隔膜、电解质、导电电极、集流体、绝缘和封装层，其中：
电解质隔膜是电解质隔膜布，电解质隔膜布为厚度30μm的玻璃纤维平纹布；
电解质为固态聚合物电解质，该固态聚合物电解质的化学成分及重量百分比为：氢氧化钾8.3wt％、聚乙烯醇(分子量1900～2200)4.1wt％和水87.6wt％；
导电电极是连续纤维增强体，连续纤维增强体为表面改性的T800碳纤维平纹布；
集流体为厚度0.1mm的镍网；
绝缘和封装层是浸渍基体树脂的电子绝缘无纺布或织物，其中，基体树脂为室温固化的环氧树脂，电子绝缘无纺布或织物为厚度50μm的玻璃纤维平纹布。
该种具有循环存储/释放电荷的复合材料圆形管储能结构件制备方法的步骤如下：
步骤一、选取长15cm、外径Ф50mm的表面光滑的不锈钢钢管作为芯模，长15cm内径为Ф54mm的1/2不锈钢钢管作为阴模，采用丙酮将模具表面擦拭干净，并在模具表面涂脱模剂；
步骤二、电解质的配制：按配比称取聚合物基体、电解质和离子导电添加剂，均匀混合后制成电解质浆料；
步骤三、电解质隔膜的制备：裁剪电解质隔膜布，并在其表面均匀涂覆厚度25μm的电解质浆料，在60℃下干燥至恒重；
步骤四、导电电极的制备：裁剪T800碳纤维平纹布，然后进行表面超声清洗，并在600℃下烧结2h，以除去表面上浆剂；再在单面涂覆厚度50μm的电解质浆料，并在60℃下干燥至恒重；
步骤五、绝缘和封装层的制备：裁剪厚度50μm的玻璃纤维平纹布，并浸渍室温固化的环氧树脂；
步骤六、结构件单体的制备：在平板表面铺放一层绝缘和封装层、集流体、导电电极、电解质隔膜、导电电极、集流体、绝缘和封装层，其中导电电极未涂覆电解质的一面接触集流体；
步骤七、结构件单体叠加：重复在步骤六的结构件单体上继续铺贴1个结构件单体至结构设计尺寸，铺贴过程中，将相邻结构件单体的正负极通过集流体串联，且在最内和最外层的导电电极上留出电极引出线1；
步骤八、圆形管结构件固化成型：将叠加后的结构件单体紧紧地缠绕在不锈钢管芯模表面，并将整体置于上下阴模内，置于热压机上下面板之间，加压固化成型，具体工艺为：室温下，加压至0.6MPa，保压4h，经脱模制得能循环存储/释放电荷的复合材料圆形管储能结构件。
Claims (4)
1.一种能循环存储/释放电荷的复合材料结构件，该复合材料结构件是由层状结构的结构件单体叠加而成，层状结构的结构件单体的两侧由中心向外对称，从中心向外依次为电解质隔膜、电解质、导电电极、集流体、绝缘和封装层，其特征在于：
电解质隔膜是电解质隔膜布，电解质隔膜布为尼龙无纺布、聚丙烯隔膜纸、玻璃纤维布、纤维素隔膜纸、多孔塑料膜中的一种；
电解质为固态聚合物电解质，该固态聚合物电解质的化学成分及重量百分比为：聚合物基体60wt％～98wt％，电解质盐1wt％～20wt％，离子导电添加剂1wt％～20wt％；
导电电极是连续纤维增强体，连续纤维增强体为表面改性的碳基导电纤维的织物、无纺布或毡中的一种或几种的混合物；
集流体为碳纤维、铝箔、铜箔、镍箔、铜网、镍网、泡沫镍中的一种；
绝缘和封装层是浸渍基体树脂的电子绝缘无纺布或织物，其中，基体树脂为环氧树脂、有机硅树脂、聚乙烯醇、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、氟碳树脂、乙烯基树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸酯类低聚物和活性单体、醇酸树脂、聚酰胺树脂、氯醋树脂、聚氨酯树脂、聚偏氟乙烯树脂、有机硅改性环氧树脂、聚氨酯改性环氧树脂、环氧改性丙烯酸树脂、有机硅改性丙烯酸环氧树脂、改性丙烯酸树脂、改性酚醛、改性醇酸树脂中的一种或几种的混合物，电子绝缘无纺布或织物为玻璃纤维、芳纶、尼龙、聚酰亚胺纤维、聚丙烯腈、陶瓷纤维等高性能纤维无纺布或织物中的一种或几种的混合物。
2.制备权利要求1所述能循环存储/释放电荷的复合材料结构件的制备方法，其特征在于：
该方法的步骤是：
步骤一、按结构件形状设计并加工模具，采用丙酮将模具表面擦拭干净，并在模具表面涂脱模剂；
步骤二、电解质的配制：按配比称取聚合物基体、电解质和离子导电添加剂，均匀混合后制成电解质浆料；
步骤三、电解质隔膜的制备：裁剪电解质隔膜布，并在其表面均匀涂覆厚度为1μm～50μm的电解质浆料，在室温～90℃下干燥至恒重；
步骤四、导电电极的制备：裁剪碳基导电纤维的织物、无纺布或毡，然后进行表面超声清洗，并在400℃～1000℃下烧结0.1h～5h，以除去表面上浆剂，再在单面涂覆厚度为1μm～50μm的电解质浆料，并在30℃～80℃下干燥至恒重；
步骤五、绝缘和封装层的制备：裁剪电子绝缘无纺布或织物，并浸渍基体树脂；
步骤六、结构件单体的制备：依次在模具表面铺放一层绝缘和封装层、集流体、导电电极、电解质隔膜、导电电极、集流体、绝缘和封装层，其中导电电极未涂覆电解质的一面接触集流体，得到结构件单体；
步骤七、结构件单体叠加：重复在步骤六的结构件单体上继续铺贴多个结构件单体至结构设计尺寸，铺贴过程中，将相邻结构件单体的正负极通过集流体串联，且在最内和最外层的导电电极上留出电极引出线；
步骤八、固化成型：闭模，按照基体树脂的固化工艺要求，采用模压成型、热压罐成型或真空袋成型工艺进行固化，脱模获得能循环存储/释放电荷的复合材料结构件。
3.根据权利要求1所述的能循环存储/释放电荷的复合材料结构件的方法，其特征在于：所述结构件为圆形管、C形梁、工字梁等。
4.权利要求1所述的能循环存储/释放电荷的复合材料结构件的应用，其特征在于：所述结构件因兼具力学和储能特性而能够同时作为结构件和超级电容器或电池使用。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108410170A (zh) * | 2018-04-21 | 2018-08-17 | 郭平 | 一种陶瓷纤维增强聚酰亚胺电绝缘性复合材料 |
| CN108790326A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-11-13 | 惠州托普龙科技有限公司 | 一种应用于电池组的复合材料片及其制造方法 |
| CN109769314A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-05-17 | 中航复材（北京）科技有限公司 | 一种柔性碳复合材料电加热膜及其应用 |
| CN109786653A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-05-21 | 中国兵器工业导航与控制技术研究所 | 一种结构电池及结构电池的功能铺层 |
| CN113619232A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-09 | 江南大学 | 一种结构功能一体化超电复合材料及其制备方法 |
| CN114946804A (zh) * | 2022-04-18 | 2022-08-30 | 浙江吉利控股集团有限公司 | 目标对象的静电灭除方法及装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1794507A (zh) * | 2004-12-22 | 2006-06-28 | 旭硝子株式会社 | 电解质膜及其制造方法,用于聚合物电解质燃料电池的膜电极组合件 |
| JP3926387B2 (ja) * | 1995-09-12 | 2007-06-06 | ビーエーエスエフ アクチェンゲゼルシャフト | 電気分解性積重ねプレートセル |
| CN101308924A (zh) * | 2007-05-18 | 2008-11-19 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种用于液流储能电池的增强柔性石墨双极板及其制备 |
| CN103035416A (zh) * | 2011-10-04 | 2013-04-10 | 逢甲大学 | 一种超级电容及其制作方法 |
-
2016
- 2016-04-01 CN CN201610204218.8A patent/CN105845445B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3926387B2 (ja) * | 1995-09-12 | 2007-06-06 | ビーエーエスエフ アクチェンゲゼルシャフト | 電気分解性積重ねプレートセル |
| CN1794507A (zh) * | 2004-12-22 | 2006-06-28 | 旭硝子株式会社 | 电解质膜及其制造方法,用于聚合物电解质燃料电池的膜电极组合件 |
| CN101308924A (zh) * | 2007-05-18 | 2008-11-19 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种用于液流储能电池的增强柔性石墨双极板及其制备 |
| CN103035416A (zh) * | 2011-10-04 | 2013-04-10 | 逢甲大学 | 一种超级电容及其制作方法 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108410170A (zh) * | 2018-04-21 | 2018-08-17 | 郭平 | 一种陶瓷纤维增强聚酰亚胺电绝缘性复合材料 |
| CN108790326A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-11-13 | 惠州托普龙科技有限公司 | 一种应用于电池组的复合材料片及其制造方法 |
| CN108790326B (zh) * | 2018-04-28 | 2021-02-12 | 惠州托普龙科技有限公司 | 一种应用于电池组的复合材料片及其制造方法 |
| CN109786653A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-05-21 | 中国兵器工业导航与控制技术研究所 | 一种结构电池及结构电池的功能铺层 |
| CN109769314A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-05-17 | 中航复材（北京）科技有限公司 | 一种柔性碳复合材料电加热膜及其应用 |
| CN113619232A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-09 | 江南大学 | 一种结构功能一体化超电复合材料及其制备方法 |
| CN114946804A (zh) * | 2022-04-18 | 2022-08-30 | 浙江吉利控股集团有限公司 | 目标对象的静电灭除方法及装置 |
| CN114946804B (zh) * | 2022-04-18 | 2024-03-12 | 浙江吉利控股集团有限公司 | 目标对象的静电灭除方法及装置 |
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