KIST udvikler nyt kulfiber komposit strukturelt batteri, der bevarer exceptionelle mekaniske egenskaber
For nylig har Energy Research Center ved Korea Institute of Science and Technology (KIST) udviklet en innovativ kulfiberforstærket kompositmateriale batteristruktur, der markant hæver energitætheden og samtidig bibeholde overlegne mekaniske egenskaber.
Historisk set er kommercialiseringen af batterier blevet hæmmet af den lave integration af mekanisk og elektrokemisk ydeevne. Tidligere forskning har overvejende fokuseret på at integrere lithium-ion-batterier i lagdelte kompositmaterialer, hvilket resulterer i marginale forbedringer i både elektriske og mekaniske egenskaber. I lyset af disse udfordringer har KIST påbegyndt et banebrydende forskningsinitiativ.
Holdet undersøgte indledningsvis hærdningsmekanismerne for epoxyharpikser i forbindelse med ioniske væsker og karbonatbaserede faste polymerelektrolytter (SPE'er). Efterfølgende optimerede de hærdningsprocessen ved omhyggeligt at kontrollere temperatur og tryk, hvilket førte til forbedret strukturel batteriydelse.
Desuden har forskerne introduceret en ny vakuum-assisteret kompressionsstøbningsteknik til fremstilling af strukturelle batterier. Denne metode minimerer effektivt tilstedeværelsen af bobler og defekter og øger derved batteriets ydeevne yderligere.
I det nyudviklede strukturelle batteri er den volumetriske andel af kulfiber, der fungerer som både elektroder og strømaftagere, blevet øget med mindst 160 %. Denne væsentlige stigning i elektrodeoverfladearealet og dets kontaktareal med elektrolytten har resulteret i en markant forbedring af energitætheden. Samtidig er batteriets mekaniske egenskaber blevet væsentligt styrket på grund af kulfibrenes forstærkende effekt.
Forskerne udførte omfattende vurderinger af elektrokemisk ydeevne og mekaniske egenskaber på det nye strukturelle batteri. Resultaterne afslørede, at batteriet udviser høj energitæthed og prisværdig cykelstabilitet; Selv efter adskillige opladnings- og afladningscyklusser forbliver batteriets kapacitetsretention betydelig. Derudover udviser den enestående træk- og trykstyrke, hvilket gør den i stand til at modstå betydelige ydre kræfter uden at pådrage sig skade.
Opmærksomhed blev også givet til spørgsmålet om intern bobledannelse i de strukturelle batterier. Ved præcist at styre hærdningstemperaturen og -trykket har forskerne med succes reduceret mængden og størrelsen af bobler, hvilket igen har forbedret batteriets ioniske ledningsevne og mekaniske robusthed.
Desuden undersøgte forskerne virkningerne af forskellige kulfibertyper og elektrolytkombinationer på ydeevnen af strukturelle batterier. Resultaterne indikerede, at specifikke kulfiber- og elektrolytkombinationer kan optimere batteriets ydeevne yderligere. Visse kulfibertyper udviser forbedret elektrisk ledningsevne og mekanisk styrke, mens visse elektrolytter udviser forbedret ionisk ledningsevne og kemisk stabilitet. Ved strategisk at vælge de passende kombinationer af kulfiber og elektrolyt er det muligt yderligere at forstærke strukturelle batteriers energitæthed og mekaniske egenskaber.
KIST's forskning præsenterer en potentiel højtydende energiløsning til applikationer såsom elektriske køretøjer, ubemandede luftfartøjer og robotteknologi, hvilket lover bred anvendelse på tværs af forskellige sektorer.
