KIST dezvoltă o nouă baterie structurală compozită din fibră de carbon care păstrează proprietăți mecanice excepționale
Recent, Centrul de Cercetare Energetică de la Institutul Coreean de Știință și Tehnologie (KIST) a dezvoltat o structură inovatoare a bateriei din material compozit armat cu fibră de carbon, care crește semnificativ densitatea energiei, păstrând în același timp proprietățile mecanice superioare.
Din punct de vedere istoric, comercializarea bateriilor a fost împiedicată de integrarea scăzută a performanțelor mecanice și electrochimice. Cercetările anterioare s-au concentrat în principal pe integrarea bateriilor litiu-ion în materiale compozite stratificate, rezultând îmbunătățiri marginale atât ale caracteristicilor electrice, cât și mecanice. În lumina acestor provocări, KIST s-a angajat într-o inițiativă de cercetare de pionierat.
Echipa a analizat inițial mecanismele de întărire ale rășinilor epoxidice în combinație cu lichide ionice și electroliți polimerici solizi pe bază de carbonat (SPE). Ulterior, au optimizat procesul de întărire controlând meticulos temperatura și presiunea, ceea ce a condus la îmbunătățirea performanței structurale a bateriei.
Mai mult, cercetătorii au introdus o nouă tehnică de turnare prin compresie asistată de vid pentru fabricarea bateriilor structurale. Această metodă minimizează în mod eficient prezența bulelor și a defectelor, sporind astfel și mai mult performanța bateriei.
În bateria structurală nou dezvoltată, proporția volumetrică a fibrei de carbon, care servește atât ca electrozi, cât și ca colectoare de curent, a fost crescută cu cel puțin 160%. Această creștere substanțială a suprafeței electrodului și a zonei sale de contact cu electrolitul a dus la o îmbunătățire marcată a densității de energie. În același timp, proprietățile mecanice ale bateriei au fost întărite semnificativ datorită efectului de întărire al fibrelor de carbon.
Cercetătorii au efectuat evaluări complete ale performanței electrochimice și ale proprietăților mecanice pe noua baterie structurală. Descoperirile au arătat că bateria prezintă o densitate mare de energie și o stabilitate lăudabilă la ciclism; chiar și după numeroase cicluri de încărcare-descărcare, păstrarea capacității bateriei rămâne substanțială. În plus, demonstrează o rezistență excepțională la tracțiune și compresiune, permițându-i să reziste la forțe externe substanțiale fără a suferi daune.
A fost acordată atenție și problemei formării de bule interne în cadrul bateriilor structurale. Prin gestionarea precisă a temperaturii și presiunii de întărire, cercetătorii au redus cu succes cantitatea și dimensiunea bulelor, ceea ce, la rândul său, a îmbunătățit conductivitatea ionică și robustețea mecanică a bateriei.
În plus, cercetătorii au investigat efectele diferitelor tipuri de fibre de carbon și combinații de electroliți asupra performanței bateriilor structurale. Descoperirile au indicat că combinațiile specifice de fibră de carbon și electroliți pot optimiza și mai mult performanța bateriei. Anumite tipuri de fibre de carbon prezintă o conductivitate electrică și o rezistență mecanică îmbunătățite, în timp ce anumiți electroliți prezintă o conductivitate ionică și o stabilitate chimică îmbunătățite. Prin selectarea strategică a combinațiilor adecvate de fibră de carbon și electroliți, este posibilă creșterea în continuare a densității energetice și a proprietăților mecanice ale bateriilor structurale.
Cercetarea KIST prezintă o potențială soluție energetică de înaltă performanță pentru aplicații precum vehiculele electrice, vehiculele aeriene fără pilot și robotica, promițătoare pentru o aplicare largă în diferite sectoare.
