KIST desenvolupa una nova bateria estructural composta de fibra de carboni que conserva propietats mecàniques excepcionals
Recentment, el Centre d'Investigació Energètica de l'Institut de Ciència i Tecnologia de Corea (KIST) ha desenvolupat una innovadora estructura de bateria de material compost reforçat amb fibra de carboni que eleva significativament la densitat d'energia alhora que conserva propietats mecàniques superiors.
Històricament, la comercialització de bateries s'ha vist impedida per la baixa integració del rendiment mecànic i electroquímic. Les investigacions prèvies s'han centrat principalment a integrar bateries d'ions de liti en materials compostos en capes, donant lloc a millores marginals tant en característiques elèctriques com mecàniques. A la llum d'aquests reptes, KIST s'ha embarcat en una iniciativa de recerca pionera.
L'equip va examinar inicialment els mecanismes de curat de resines epoxi juntament amb líquids iònics i electròlits de polímer sòlid (SPE) basats en carbonats. Posteriorment, van optimitzar el procés de curat controlant meticulosament la temperatura i la pressió, cosa que va provocar un millor rendiment estructural de la bateria.
A més, els investigadors han introduït una nova tècnica d'emmotllament per compressió assistida al buit per a la fabricació de bateries estructurals. Aquest mètode minimitza eficaçment la presència de bombolles i defectes, augmentant així encara més el rendiment de la bateria.
A la bateria estructural recentment desenvolupada, la proporció volumètrica de fibra de carboni, que serveix tant d'elèctrodes com de col·lectors de corrent, s'ha augmentat almenys un 160%. Aquest augment substancial de la superfície de l'elèctrode i la seva àrea de contacte amb l'electròlit ha donat com a resultat una millora notable de la densitat d'energia. Al mateix temps, les propietats mecàniques de la bateria s'han reforçat significativament a causa de l'efecte de reforç de les fibres de carboni.
Els investigadors van dur a terme avaluacions completes del rendiment electroquímic i de les propietats mecàniques de la nova bateria estructural. Les troballes van revelar que la bateria presenta una alta densitat d'energia i una estabilitat de ciclisme lloable; fins i tot després de nombrosos cicles de càrrega-descàrrega, la retenció de capacitat de la bateria continua sent substancial. A més, demostra una resistència a la tracció i compressió excepcional, que li permet suportar forces externes substancials sense patir danys.
També es va prestar atenció al problema de la formació de bombolles internes dins de les bateries estructurals. En gestionar amb precisió la temperatura i la pressió de curat, els investigadors han reduït amb èxit la quantitat i la mida de les bombolles, cosa que al seu torn ha millorat la conductivitat iònica i la robustesa mecànica de la bateria.
A més, els investigadors van investigar els efectes de diversos tipus de fibra de carboni i combinacions d'electròlits sobre el rendiment de les bateries estructurals. Els resultats van indicar que les combinacions específiques de fibra de carboni i electròlits poden optimitzar encara més el rendiment de la bateria. Alguns tipus de fibra de carboni presenten una conductivitat elèctrica i una resistència mecànica millorades, mentre que alguns electròlits mostren una conductivitat iònica i una estabilitat química millorades. En seleccionar estratègicament les combinacions adequades de fibra de carboni i electròlits, és possible augmentar encara més la densitat d'energia i les propietats mecàniques de les bateries estructurals.
La investigació de KIST presenta una solució energètica potencial d'alt rendiment per a aplicacions com ara vehicles elèctrics, vehicles aeris no tripulats i robòtica, que promet una àmplia aplicació en diversos sectors.
