结构电池应用于环保、能源汽车、移动出行、航空航天等行业，必须同时满足储能所需的高能量密度和高承载能力的要求。传统的结构电池技术一直在努力同时增强这两种功能。然而， 韩国科学技术院（KAIST）的研究人员已经成功地开发了解决这个问题的基础技术。
来自机械工程系的 Seong Su Kim 教授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，这种电池能够支持负载，并且在提供高能量密度的同时没有火灾风险。 这项研究发表在 ACS Applied Materials & Interfaces 上。 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低，在材料加工、组装和设计优化方面面临挑战，因此难以实现商业化。 为了克服这些挑战，Kim 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，这在传统的复合材料设计中至关重要。 研究小组分析了以机械性能强而著称的环氧树脂与离子液体和碳酸盐电解质为基础的固体聚合物电解质的固化机理。 通过控制温度和压力，他们得以优化固化过程。
新开发的结构电池是通过真空压缩成型制造的，与以前的碳纤维电池相比，作为电极和电流收集器的碳纤维的体积分数增加了160%以上。 这大大增加了电极和电解质之间的接触面积，从而制造出了电化学性能更好的高密度结构电池。 此外，研究小组还在固化过程中有效控制了结构电池内部的气泡，同时增强了电池的机械性能。 首席研究员金教授解释说："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，这种电解质是高刚度、超薄结构电池的核心材料。"这些基于材料的结构电池可作为汽车、无人机、飞机和机器人的内部组件，一次充电即可大幅延长其工作时间。 这代表了下一代多功能储能应用的基础技术"。
原文链接：: Mohamad A. Raja et al, Thin, Uniform, and Highly Packed Multifunctional Structural Carbon Fiber Composite Battery Lamina Informed by Solid Polymer Electrolyte Cure Kinetics, ACS Applied Materials & Interfaces (2024). DOI: 10.1021/acsami.4c08698
