KIST razvija novo kompozitno strukturno baterijo iz ogljikovih vlaken, ki ohranja izjemne mehanske lastnosti
Nedavno je Energetski raziskovalni center na Korejskem inštitutu za znanost in tehnologijo (KIST) razvil inovativno strukturo baterije iz kompozitnega materiala, ojačanega z ogljikovimi vlakni, ki znatno poveča energijsko gostoto, hkrati pa ohranja vrhunske mehanske lastnosti.
V preteklosti je komercializacijo baterij ovirala nizka integracija mehanskih in elektrokemičnih lastnosti. Predhodne raziskave so bile pretežno osredotočene na integracijo litij-ionskih baterij v večplastne kompozitne materiale, kar je povzročilo obrobne izboljšave tako električnih kot mehanskih lastnosti. V luči teh izzivov je KIST začel pionirsko raziskovalno pobudo.
Ekipa je sprva natančno preučila mehanizme strjevanja epoksidnih smol v povezavi z ionskimi tekočinami in trdnimi polimernimi elektroliti (SPE) na osnovi karbonata. Kasneje so optimizirali postopek strjevanja z natančnim nadzorom temperature in tlaka, kar je vodilo do izboljšane strukturne zmogljivosti baterije.
Poleg tega so raziskovalci uvedli novo tehniko stiskanja z vakuumsko pomočjo za izdelavo strukturnih baterij. Ta metoda učinkovito zmanjša prisotnost mehurčkov in napak, s čimer dodatno poveča zmogljivost baterije.
V novo razviti strukturni bateriji je bil volumetrični delež ogljikovih vlaken, ki služijo kot elektrode in tokovni zbiralniki, povečan za najmanj 160 %. To znatno povečanje površine elektrode in njene kontaktne površine z elektrolitom je povzročilo opazno izboljšanje gostote energije. Hkrati so bile zaradi ojačitvenega učinka ogljikovih vlaken bistveno izboljšane mehanske lastnosti baterije.
Raziskovalci so izvedli obsežno oceno elektrokemijske učinkovitosti in mehanskih lastnosti nove strukturne baterije. Ugotovitve so pokazale, da ima baterija visoko energijsko gostoto in hvale vredno ciklično stabilnost; tudi po številnih ciklih polnjenja in praznjenja ostane zmogljivost baterije precejšnja. Poleg tega izkazuje izjemno natezno in tlačno trdnost, kar mu omogoča, da prenese znatne zunanje sile brez poškodb.
Pozornost je bila namenjena tudi vprašanju nastajanja notranjih mehurčkov znotraj strukturnih baterij. Z natančnim upravljanjem temperature in tlaka utrjevanja so raziskovalci uspešno zmanjšali količino in velikost mehurčkov, kar je posledično povečalo ionsko prevodnost in mehansko robustnost baterije.
Poleg tega so raziskovalci raziskovali učinke različnih vrst ogljikovih vlaken in kombinacij elektrolitov na delovanje strukturnih baterij. Ugotovitve so pokazale, da lahko specifične kombinacije ogljikovih vlaken in elektrolitov dodatno optimizirajo delovanje baterije. Določene vrste ogljikovih vlaken imajo izboljšano električno prevodnost in mehansko trdnost, nekateri elektroliti pa izboljšano ionsko prevodnost in kemično stabilnost. S strateško izbiro ustreznih kombinacij ogljikovih vlaken in elektrolitov je mogoče dodatno povečati energijsko gostoto in mehanske lastnosti strukturnih baterij.
Raziskave KIST predstavljajo potencialno visoko zmogljivo energetsko rešitev za aplikacije, kot so električna vozila, zračna vozila brez posadke in robotika, ki obetajo široko uporabo v različnih sektorjih.
