Untuk masa pakai baterai yang lebih lama: Mendorong baterai lithium ion ke tingkat kinerja berikutnya

January 15, 2019

Baterai lithium ion konvensional, seperti yang banyak digunakan di smartphone dan notebook, telah mencapai batas kinerja. Ahli kimia bahan Freddy Kleitz dari Fakultas Kimia Universitas Wina dan ilmuwan internasional telah mengembangkan bahan anoda berstruktur nano baru untuk baterai ion lithium, yang memperpanjang kapasitas dan masa pakai baterai. Berdasarkan oksida logam campuran mesopori dalam kombinasi dengan graphene, bahan tersebut dapat memberikan pendekatan baru bagaimana memanfaatkan baterai dengan lebih baik pada perangkat besar seperti kendaraan listrik atau hibrida. Studi ini sekarang telah diterbitkan sebagai cerita sampul edisi terbaru dari Advanced Energy Materials .

Kepadatan energi yang tinggi, siklus hidup yang panjang dan tidak ada efek memori: Baterai ion lithium adalah perangkat penyimpanan energi yang paling luas untuk perangkat seluler serta pembawa harapan untuk mobilitas elektro. Para peneliti sedang mencari jenis baru bahan elektroda aktif untuk mendorong baterai pada tingkat kinerja dan daya tahan tinggi berikutnya, dan untuk membuatnya lebih dapat digunakan untuk perangkat besar. "Bahan baterai lithium ion berstruktur nano dapat memberikan solusi yang baik," kata Freddy Kleitz dari Departemen Kimia Anorganik - Bahan Fungsional Universitas Wina, yang bersama-sama dengan Claudio Gerbaldi, pemimpin Kelompok Bahan Terapan dan Elektrokimia di Politecnico di Torino, Italia, adalah penulis utama studi ini.

Nanokomposit 2D / 3D berbasis pada oksida logam campuran dan graphene, yang dikembangkan oleh dua ilmuwan dan tim mereka, secara serius meningkatkan kinerja elektrokimia baterai ion lithium. "Dalam uji coba kami, bahan elektroda baru memberikan peningkatan kapasitas spesifik yang signifikan dengan stabilitas siklus reversibel yang belum pernah terjadi sebelumnya lebih dari 3.000 siklus pengisian dan pengosongan yang dapat dibalik bahkan pada rezim arus sangat tinggi hingga 1.280 miliampere," kata Kepala Departemen Freddy Kleitz. Baterai lithium ion saat ini kehilangan kinerja setelah sekitar 1.000 siklus pengisian daya.

Resep baru

Anoda konvensional sering ada bahan karbon seperti grafit. "Oksida logam memiliki kapasitas baterai yang lebih baik daripada grafit, tetapi mereka cukup tidak stabil dan kurang konduktif," jelas Kleitz. Para peneliti menemukan cara untuk memanfaatkan fitur positif dari kedua senyawa tersebut. Mereka mengembangkan keluarga baru bahan aktif elektroda, berdasarkan oksida logam campuran dan graphene yang sangat konduktif dan menstabilkan, menunjukkan karakteristik unggul dibandingkan dengan kebanyakan struktur nano oksida logam dan komposit komposit.

Sebagai langkah pertama, berdasarkan prosedur memasak yang baru dirancang, para peneliti dapat mencampur tembaga dan nikel secara homogen dan dengan cara yang terkendali untuk mencapai logam campuran. Berdasarkan nanocasting - metode untuk menghasilkan bahan mesopori - mereka menciptakan partikel oksida logam campuran terstruktur nanopori, yang karena jaringan pori-pori mereka yang luas memiliki area reaksi aktif yang sangat tinggi untuk pertukaran dengan ion lithium dari elektrolit baterai. Para ilmuwan kemudian menerapkan prosedur pengeringan semprot untuk membungkus partikel oksida logam campuran erat dengan lapisan graphene tipis.

Desain sederhana dan efisien

Penggunaan baterai lithium ion untuk e-mobilitas dianggap bermasalah dari sudut pandang lingkungan, misalnya karena produksi bahan bakunya yang intensif. Baterai kecil yang dapat menyimpan energi sebanyak mungkin, bertahan selama mungkin dan tidak terlalu mahal untuk pembuatan dapat memajukan penggunaannya dalam perangkat skala besar. "Dibandingkan dengan pendekatan yang ada, strategi teknik inovatif kami untuk material anoda berperforma tinggi dan tahan lama adalah sederhana dan efisien. Ini adalah proses berbasis air dan oleh karena itu ramah lingkungan dan siap untuk diterapkan ke tingkat industri," studi tersebut penulis menyimpulkan

dari: Berita Sains