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Multifunctional and multidimensional Na-ion structural coaxial energy storage cell

Título
Multifunctional and multidimensional Na-ion structural coaxial energy storage cell
Tipo
Artigo em Revista Científica Internacional
Ano
2026
Autores
Beatriz Arouca Maia
(Autor)
FEUP
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Federico Danzi
(Autor)
Outra
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Raquel Miriam Santos
(Autor)
Outra
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Maria Helena Braga
(Autor)
FEUP
Revista
Nº de Série 113431 Vol. 313
ISSN: 1359-8368
Editora: Elsevier
Indexação
Publicação em ISI Web of Knowledge ISI Web of Knowledge
Publicação em Scopus Scopus - 0 Citações
Outras Informações
ID Authenticus: P-01A-Y6F
Resumo (PT):
Abstract (EN): The seamless integration of energy storage into load-bearing structures represents a major step toward lightweight, multifunctional, and sustainable systems for next-generation electrification and digitalization. Here, we report a coaxial structural energy-storage cell capable of simultaneously withstanding mechanical loads and delivering stable electrochemical performance. The architecture consists of a carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) outer shell, a Cu electrode, a Na+ solid-state ferroelectric electrolyte, and an Al inner electrode, enabling direct coupling between electrochemical and mechanical responses. Scanning Kelvin Probe (SKP) mapping reveals a continuous electrochemical potential across the Na+-electrolyte/Al interface, indicative of efficient charge redistribution driven by Fermi-level differences. SKP and first-principles simulations confirm the formation of electric double-layer capacitors at both the Cu/electrolyte and CFRP/electrolyte interfaces. Three-point bending tests demonstrate retention of electrochemical function under deformation, with a flexural modulus of 59.8 ± 1.2 GPa and a maximum flexural stress of 397.1 MPa, while synchrotron X-ray micro-computed tomography verifies interfacial integrity. Systematic variation of the Al-rod radius reveals a strong geometric dependence of long-term voltage stability, with the 3-mm configuration achieving optimal ionic conductivity (54.0 ¿S cm¿1) and a dielectric constant exceeding 107. Ab initio simulations reproduce the observed chemical potentials and confirm spontaneous ferroelectric polarization. These results establish a new class of ferroelectric-driven structural batteries that combine mechanical robustness, electrochemical stability, and scalable composite manufacturing. © 2026 The Authors
Idioma: Inglês
Tipo (Avaliação Docente): Científica
Documentos
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