电池是推动汽车、移动出行和航空航天领域发展的绿色清洁技术的核心。所有这些市场都要求高能量密度的储能和高承载能力。虽然传统结构电池技术一直难以同时增强这两种功能，但韩国科学技术研究院的研究人员已成功开发出基础技术来解决这一问题。

由机械工程系 Seong Su Kim 教授领导的韩国科学技术研究院团队开发出了一种薄型、均匀、高密度、多功能结构碳纤维复合电池，该电池能够支撑负载，并且据说没有火灾风险。多功能结构电池是指复合材料中的每种材料都能够同时充当承重结构和储能元件。

从左至右依次为 KAIST 教授 Seong Su Kim 和机械工程系博士生 Sangyoon Bae 和 Su Hyun Lim。

储能复合材料

早期结构电池是将商用锂离子电池嵌入层状复合材料中，由于机械性能和电化学性能的集成度较低，导致材料加工、组装和设计优化面临挑战，难以实现商业化。

为了克服这些挑战，金教授的团队探索了“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。

储能碳纤维环氧复合材料还可作为新型电池设计概念中的结构构件

研究团队分析了以机械性能强著称的环氧树脂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，优化了固化过程。

提高电流密度

新开发的结构电池采用真空压缩成型技术制造，与之前的碳纤维电池相比，作为电极和集电器的碳纤维体积分数增加了 160% 以上。 

这大大增加了电极与电解液的接触面积，从而获得了高密度结构电池，提高了电化学性能。此外，该团队在固化过程中有效控制了结构电池内的气泡，同时增强了电池的机械性能。

 “我们从材料和结构两个角度提出了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，”Kim 解释道。“这些基于材料的结构电池可以用作汽车、无人机、飞机和机器人的内部组件，一次充电即可显著延长它们的使用时间。这代表了下一代多功能能源的基础技术。”

这项研究得到了韩国国家研究基金会中期职业研究员计划和国家半导体研究实验室发展计划的支持。

来源 ：PlasticsToday

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