KIST desarrolla una nueva batería estructural compuesta de fibra de carbono que conserva propiedades mecánicas excepcionales
Recientemente, el Centro de Investigación Energética del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST) ha desarrollado una innovadora estructura de batería de material compuesto reforzado con fibra de carbono que eleva significativamente la densidad de energía y al mismo tiempo conserva propiedades mecánicas superiores.
Históricamente, la comercialización de baterías se ha visto obstaculizada por la baja integración del rendimiento mecánico y electroquímico. Investigaciones anteriores se han centrado predominantemente en la integración de baterías de iones de litio en materiales compuestos en capas, lo que ha dado como resultado mejoras marginales en las características eléctricas y mecánicas. A la luz de estos desafíos, KIST se ha embarcado en una iniciativa de investigación pionera.
Inicialmente, el equipo examinó los mecanismos de curado de las resinas epoxi junto con líquidos iónicos y electrolitos de polímeros sólidos (SPE) a base de carbonatos. Posteriormente, optimizaron el proceso de curado controlando meticulosamente la temperatura y la presión, lo que condujo a un mejor rendimiento estructural de la batería.
Además, los investigadores han introducido una novedosa técnica de moldeo por compresión asistida por vacío para la fabricación de baterías estructurales. Este método minimiza eficazmente la presencia de burbujas y defectos, aumentando así aún más el rendimiento de la batería.
En la batería estructural recientemente desarrollada, la proporción volumétrica de fibra de carbono, que sirve como electrodos y como colector de corriente, se ha incrementado en al menos un 160%. Este aumento sustancial en la superficie del electrodo y su área de contacto con el electrolito ha dado como resultado una marcada mejora en la densidad de energía. Al mismo tiempo, las propiedades mecánicas de la batería se han mejorado significativamente gracias al efecto de refuerzo de las fibras de carbono.
Los investigadores realizaron evaluaciones exhaustivas del rendimiento electroquímico y de las propiedades mecánicas de la nueva batería estructural. Los hallazgos revelaron que la batería exhibe una alta densidad de energía y una estabilidad cíclica encomiable; Incluso después de numerosos ciclos de carga y descarga, la retención de capacidad de la batería sigue siendo sustancial. Además, demuestra una resistencia excepcional a la tracción y a la compresión, lo que le permite soportar fuerzas externas sustanciales sin sufrir daños.
También se prestó atención a la cuestión de la formación de burbujas internas dentro de las baterías estructurales. Al gestionar con precisión la temperatura y la presión de curado, los investigadores han reducido con éxito la cantidad y el tamaño de las burbujas, lo que a su vez ha mejorado la conductividad iónica y la robustez mecánica de la batería.
Además, los investigadores investigaron los efectos de varios tipos de fibra de carbono y combinaciones de electrolitos en el rendimiento de las baterías estructurales. Los hallazgos indicaron que combinaciones específicas de fibra de carbono y electrolitos pueden optimizar aún más el rendimiento de la batería. Ciertos tipos de fibra de carbono exhiben una conductividad eléctrica y una resistencia mecánica mejoradas, mientras que ciertos electrolitos muestran una conductividad iónica y una estabilidad química mejoradas. Seleccionando estratégicamente las combinaciones apropiadas de fibra de carbono y electrolitos, es posible aumentar aún más la densidad de energía y las propiedades mecánicas de las baterías estructurales.
La investigación de KIST presenta una posible solución energética de alto rendimiento para aplicaciones como vehículos eléctricos, vehículos aéreos no tripulados y robótica, prometedora para una amplia aplicación en varios sectores.
