KIST razvija novu strukturnu bateriju od karbonskih vlakana koja zadržava izuzetna mehanička svojstva
Nedavno je Energetski istraživački centar pri Korejskom institutu za nauku i tehnologiju (KIST) razvio inovativnu strukturu baterije od kompozitnog materijala ojačanog karbonskim vlaknima koja značajno povećava gustinu energije uz zadržavanje superiornih mehaničkih svojstava.
Istorijski gledano, komercijalizacija baterija je bila ometana slabom integracijom mehaničkih i elektrohemijskih performansi. Prethodna istraživanja su se pretežno fokusirala na integraciju litijum-jonskih baterija u slojevite kompozitne materijale, što je rezultiralo neznatnim poboljšanjima i električnih i mehaničkih karakteristika. U svjetlu ovih izazova, KIST je započeo pionirsku istraživačku inicijativu.
Tim je u početku ispitao mehanizme očvršćavanja epoksidnih smola u kombinaciji s jonskim tekućinama i čvrstim polimernim elektrolitima na bazi karbonata (SPE). Nakon toga, optimizirali su proces očvršćavanja pomno kontrolirajući temperaturu i tlak, što je dovelo do poboljšanih strukturalnih performansi baterija.
Štaviše, istraživači su uveli novu tehniku presovanja uz pomoć vakuuma za proizvodnju strukturalnih baterija. Ova metoda efikasno minimizira prisustvo mehurića i defekata, čime se dodatno povećava performanse baterije.
U novorazvijenoj strukturnoj bateriji, volumetrijski udio karbonskih vlakana, koji služe i kao elektrode i kao kolektori struje, povećan je za najmanje 160%. Ovo značajno povećanje površine elektrode i njene kontaktne površine sa elektrolitom rezultiralo je značajnim poboljšanjem gustine energije. Istovremeno, mehanička svojstva baterije su značajno poboljšana zbog efekta pojačanja karbonskih vlakana.
Istraživači su izvršili sveobuhvatne procene elektrohemijskih performansi i mehaničkih svojstava nove strukturalne baterije. Nalazi su otkrili da baterija pokazuje visoku gustoću energije i hvale vrijednu stabilnost u vožnji; čak i nakon brojnih ciklusa punjenja-pražnjenja, zadržavanje kapaciteta baterije ostaje značajno. Osim toga, pokazuje izuzetnu vlačnu i tlačnu čvrstoću, što mu omogućava da izdrži značajne vanjske sile bez oštećenja.
Pažnja je također posvećena pitanju stvaranja unutrašnjeg mjehurića unutar strukturalnih baterija. Preciznim upravljanjem temperaturom i pritiskom očvršćavanja, istraživači su uspješno smanjili količinu i veličinu mjehurića, što je zauzvrat poboljšalo jonsku provodljivost baterije i mehaničku robusnost.
Nadalje, istraživači su istraživali efekte različitih vrsta karbonskih vlakana i kombinacija elektrolita na performanse strukturalnih baterija. Nalazi su pokazali da specifične kombinacije karbonskih vlakana i elektrolita mogu dodatno optimizirati performanse baterije. Određeni tipovi karbonskih vlakana pokazuju poboljšanu električnu provodljivost i mehaničku čvrstoću, dok određeni elektroliti pokazuju poboljšanu ionsku provodljivost i hemijsku stabilnost. Strateškim odabirom odgovarajućih kombinacija karbonskih vlakana i elektrolita, moguće je dodatno povećati gustoću energije i mehanička svojstva strukturalnih baterija.
KIST-ovo istraživanje predstavlja potencijalno energetsko rješenje visokih performansi za aplikacije kao što su električna vozila, bespilotne letjelice i robotika, obećavajući široku primjenu u različitim sektorima.
