KAIST开发出多功能结构电池 兼具高能量密度与承载能力

结构电池主要用于环保、能源型汽车、移动性和航空航天等行业，因此必须同时满足高能量密度的储能要求和高承载能力。传统的结构电池技术一直难以同时增强这两种功能。

据外媒报道，韩国科学技术院（KAIST）的研究人员成功开发出解决这一问题的基础技术。机械工程系Seong Su Kim教授的团队开发出一种薄、均匀、高密度且多功能的结构碳纤维复合电池，能够支撑负载，并且在提供高能量密度的同时没有火灾风险。相关研究发表在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》。

图片来源：期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》

早期的结构电池是将商用锂离子电池嵌入层状复合材料中。这些电池的机械和电化学性能集成度较低，导致材料加工、组装和设计优化方面存在挑战，难以实现商业化。

为了克服这些挑战，Kim教授团队探索了“储能复合材料”的概念，重点关注界面和固化性能，这在传统复合材料设计中至关重要。这导致了高密度多功能结构碳纤维复合电池的开发，可最大限度地发挥多功能性。

该团队分析了环氧树脂（以机械性能强著称）与离子液体和碳酸盐电解质基固体聚合物电解质的固化机理。通过控制温度和压力，这些材料能够优化固化过程。

新开发的结构电池采用真空压缩成型制造，与之前的碳纤维基电池相比，碳纤维（既用作电极又用作集电器）的体积分数增加了160%以上。

这大大增加了电极和电解质之间的接触面积，从而产生了具有更高电化学性能的高密度结构电池。此外，该团队在固化过程中有效地控制了结构电池内的气泡，同时提高了电池的机械性能。

首席研究员Kim教授解释说：“我们从材料和结构的角度提出了一个设计固体聚合物电解质的框架，固体聚合物电解质是高刚度、超薄结构电池的核心材料。这些基于材料的结构电池可以作为汽车、无人机、飞机和机器人的内部组件，一次充电即可显著延长其运行时间。这代表了下一代多功能储能应用的基础技术。”