KIST Mengembangkan Baterai Struktural Komposit Serat Karbon Baru yang Mempertahankan Sifat Mekanik Luar Biasa
Baru-baru ini, Pusat Penelitian Energi di Institut Sains dan Teknologi Korea (KIST) telah mengembangkan struktur baterai material komposit yang diperkuat serat karbon inovatif yang secara signifikan meningkatkan kepadatan energi sekaligus mempertahankan sifat mekanik yang unggul.
Secara historis, komersialisasi baterai terhambat oleh rendahnya integrasi kinerja mekanik dan elektrokimia. Penelitian sebelumnya sebagian besar berfokus pada pengintegrasian baterai lithium-ion ke dalam material komposit berlapis, yang menghasilkan sedikit peningkatan pada karakteristik listrik dan mekanik. Mengingat tantangan-tantangan ini, KIST telah memulai inisiatif penelitian perintis.
Tim awalnya meneliti mekanisme pengawetan resin epoksi bersama dengan cairan ionik dan elektrolit polimer padat (SPE) berbasis karbonat. Selanjutnya, mereka mengoptimalkan proses pengawetan dengan mengontrol suhu dan tekanan secara cermat, sehingga menghasilkan peningkatan kinerja struktural baterai.
Selain itu, para peneliti telah memperkenalkan teknik pencetakan kompresi berbantuan vakum baru untuk pembuatan baterai struktural. Metode ini secara efektif meminimalkan munculnya gelembung dan cacat, sehingga semakin meningkatkan kinerja baterai.
Dalam baterai struktural yang baru dikembangkan, proporsi volumetrik serat karbon, yang berfungsi sebagai elektroda dan pengumpul arus, telah meningkat setidaknya 160%. Peningkatan substansial pada luas permukaan elektroda dan area kontaknya dengan elektrolit telah menghasilkan peningkatan kepadatan energi yang nyata. Pada saat yang sama, sifat mekanik baterai telah ditingkatkan secara signifikan karena efek penguatan serat karbon.
Para peneliti melakukan penilaian kinerja elektrokimia dan properti mekanik yang komprehensif pada baterai struktural baru. Temuannya mengungkapkan bahwa baterai tersebut menunjukkan kepadatan energi yang tinggi dan stabilitas siklus yang patut dipuji; bahkan setelah beberapa siklus pengisian-pengosongan, retensi kapasitas baterai tetap besar. Selain itu, ia menunjukkan kekuatan tarik dan tekan yang luar biasa, memungkinkannya menahan kekuatan eksternal yang besar tanpa menimbulkan kerusakan.
Perhatian juga diberikan pada masalah pembentukan gelembung internal di dalam baterai struktural. Dengan mengatur suhu dan tekanan proses curing secara tepat, para peneliti telah berhasil mengurangi kuantitas dan ukuran gelembung, yang pada gilirannya meningkatkan konduktivitas ionik dan ketahanan mekanis baterai.
Selanjutnya, para peneliti menyelidiki pengaruh berbagai jenis serat karbon dan kombinasi elektrolit terhadap kinerja baterai struktural. Temuan menunjukkan bahwa kombinasi serat karbon dan elektrolit tertentu dapat lebih mengoptimalkan kinerja baterai. Jenis serat karbon tertentu menunjukkan peningkatan konduktivitas listrik dan kekuatan mekanik, sementara elektrolit tertentu menunjukkan peningkatan konduktivitas ionik dan stabilitas kimia. Dengan memilih kombinasi serat karbon dan elektrolit yang tepat secara strategis, kepadatan energi dan sifat mekanik baterai struktural dapat ditingkatkan lebih lanjut.
Penelitian KIST menghadirkan solusi energi berkinerja tinggi yang potensial untuk aplikasi seperti kendaraan listrik, kendaraan udara tak berawak, dan robotika, yang menjanjikan penerapan luas di berbagai sektor.
