KIST utvikler nytt karbonfiberkompositt strukturelt batteri som beholder eksepsjonelle mekaniske egenskaper
Nylig har Energiforskningssenteret ved Korea Institute of Science and Technology (KIST) utviklet en nyskapende karbonfiberforsterket komposittmateriale batteristruktur som betydelig hever energitettheten samtidig som de beholder overlegne mekaniske egenskaper.
Historisk sett har kommersialiseringen av batterier blitt hindret av lav integrasjon av mekanisk og elektrokjemisk ytelse. Tidligere forskning har hovedsakelig fokusert på å integrere litium-ion-batterier i lagdelte komposittmaterialer, noe som har resultert i marginale forbedringer i både elektriske og mekaniske egenskaper. I lys av disse utfordringene har KIST tatt fatt på et banebrytende forskningsinitiativ.
Teamet undersøkte først herdemekanismene til epoksyharpikser i forbindelse med ioniske væsker og karbonatbaserte faste polymerelektrolytter (SPE). Deretter optimaliserte de herdeprosessen ved omhyggelig å kontrollere temperatur og trykk, noe som førte til forbedret strukturell batteriytelse.
Dessuten har forskerne introdusert en ny vakuumassistert kompresjonsstøpingsteknikk for fremstilling av strukturelle batterier. Denne metoden minimerer effektivt tilstedeværelsen av bobler og defekter, og øker dermed batteriytelsen ytterligere.
I det nyutviklede strukturelle batteriet er den volumetriske andelen karbonfiber, som fungerer som både elektroder og strømsamlere, økt med minst 160 %. Denne betydelige økningen i elektrodeoverflatearealet og dets kontaktareal med elektrolytten har resultert i en markant forbedring av energitettheten. Samtidig har de mekaniske egenskapene til batteriet blitt betydelig styrket på grunn av den forsterkende effekten av karbonfibrene.
Forskerne utførte omfattende elektrokjemiske ytelses- og mekaniske egenskapsvurderinger på det nye strukturelle batteriet. Funnene viste at batteriet viser høy energitetthet og prisverdig sykkelstabilitet; selv etter utallige lade- og utladingssykluser forblir batteriets kapasitetsbevaring betydelig. I tillegg viser den eksepsjonell strekk- og trykkstyrke, noe som gjør at den kan motstå betydelige ytre krefter uten å pådra seg skade.
Oppmerksomhet ble også gitt til spørsmålet om intern bobledannelse i de strukturelle batteriene. Ved nøyaktig å styre herdetemperaturen og trykket har forskerne med hell redusert mengden og størrelsen på bobler, noe som igjen har forbedret batteriets ioniske ledningsevne og mekaniske robusthet.
Videre undersøkte forskerne effekten av ulike karbonfibertyper og elektrolyttkombinasjoner på ytelsen til strukturelle batterier. Funnene indikerte at spesifikke kombinasjoner av karbonfiber og elektrolytt kan optimalisere batteriytelsen ytterligere. Visse karbonfibertyper viser forbedret elektrisk ledningsevne og mekanisk styrke, mens visse elektrolytter viser forbedret ionisk ledningsevne og kjemisk stabilitet. Ved å strategisk velge passende kombinasjoner av karbonfiber og elektrolytt, er det mulig å øke energitettheten og de mekaniske egenskapene til strukturelle batterier ytterligere.
KISTs forskning presenterer en potensiell høyytelses energiløsning for applikasjoner som elektriske kjøretøyer, ubemannede luftfartøyer og robotikk, og gir løfte om bred anvendelse på tvers av ulike sektorer.
