KIST izstrādā jaunus oglekļa-šķiedru kompozītmateriālu strukturālo akumulatoru, kas saglabā izcilas mehāniskās īpašības
Nesen Korejas Zinātnes un tehnoloģiju institūta (KIST) Enerģētikas pētniecības centrs ir izstrādājis novatorisku ar oglekļa šķiedru pastiprinātu kompozītmateriālu akumulatora struktūru, kas ievērojami paaugstina enerģijas blīvumu, vienlaikus saglabājot izcilas mehāniskās īpašības.
Vēsturiski akumulatoru komercializāciju kavēja zemā mehāniskās un elektroķīmiskās veiktspējas integrācija. Iepriekšējie pētījumi galvenokārt bija vērsti uz litija jonu akumulatoru integrēšanu slāņveida kompozītmateriālos, kā rezultātā ir panākti nelieli elektrisko un mehānisko īpašību uzlabojumi. Ņemot vērā šos izaicinājumus, KIST ir uzsākusi novatorisku pētniecības iniciatīvu.
Komanda sākotnēji rūpīgi pārbaudīja epoksīdsveķu sacietēšanas mehānismus kopā ar jonu šķidrumiem un cietajiem polimēru elektrolītiem (SPE), kuru pamatā ir karbonāts. Pēc tam viņi optimizēja sacietēšanas procesu, rūpīgi kontrolējot temperatūru un spiedienu, kā rezultātā tika uzlabota konstrukcijas akumulatora veiktspēja.
Turklāt pētnieki ir ieviesuši jaunu vakuuma kompresijas formēšanas paņēmienu strukturālo bateriju izgatavošanai. Šī metode efektīvi samazina burbuļu un defektu klātbūtni, tādējādi vēl vairāk uzlabojot akumulatora veiktspēju.
Jaunizstrādātajā konstrukcijas akumulatorā oglekļa šķiedras, kas kalpo gan kā elektrodi, gan strāvas kolektori, tilpuma proporcija palielināta vismaz par 160%. Šis ievērojamais elektroda virsmas laukuma un tā saskares laukuma ar elektrolītu palielinājums ir izraisījis ievērojamu enerģijas blīvuma uzlabošanos. Vienlaikus akumulatora mehāniskās īpašības ir ievērojami nostiprinātas oglekļa šķiedru pastiprinošā efekta dēļ.
Pētnieki veica visaptverošus elektroķīmiskās veiktspējas un mehānisko īpašību novērtējumus jaunajam strukturālajam akumulatoram. Rezultāti atklāja, ka akumulatoram ir augsts enerģijas blīvums un slavējama riteņbraukšanas stabilitāte; pat pēc vairākiem uzlādes-izlādes cikliem akumulatora jaudas saglabāšana joprojām ir ievērojama. Turklāt tas demonstrē izcilu stiepes un spiedes izturību, ļaujot tam izturēt ievērojamus ārējos spēkus, neradot bojājumus.
Uzmanība tika pievērsta arī jautājumam par iekšējo burbuļu veidošanos konstrukcijas baterijās. Precīzi pārvaldot sacietēšanas temperatūru un spiedienu, pētnieki ir veiksmīgi samazinājuši burbuļu daudzumu un izmēru, kas savukārt ir uzlabojis akumulatora jonu vadītspēju un mehānisko izturību.
Turklāt pētnieki pētīja dažādu oglekļa šķiedru veidu un elektrolītu kombināciju ietekmi uz strukturālo akumulatoru darbību. Rezultāti norādīja, ka īpašas oglekļa šķiedras un elektrolītu kombinācijas var vēl vairāk optimizēt akumulatora veiktspēju. Dažiem oglekļa šķiedru veidiem ir uzlabota elektriskā vadītspēja un mehāniskā izturība, savukārt dažiem elektrolītiem ir uzlabota jonu vadītspēja un ķīmiskā stabilitāte. Stratēģiski izvēloties atbilstošās oglekļa šķiedras un elektrolītu kombinācijas, ir iespējams vēl vairāk palielināt strukturālo akumulatoru enerģijas blīvumu un mehāniskās īpašības.
KIST pētījumi piedāvā potenciālu augstas veiktspējas enerģijas risinājumu tādām lietojumprogrammām kā elektriskie transportlīdzekļi, bezpilota lidaparāti un robotika, kas sola plašu pielietojumu dažādās nozarēs.
