Para peneliti telah mengembangkan cara baru untuk meningkatkan efisiensi baterai ion lithium

April 9, 2018

Para peneliti telah mengembangkan cara baru untuk meningkatkan efisiensi baterai ion lithium. Melalui pertumbuhan lapisan kristal kubik, para ilmuwan telah menciptakan lapisan penghubung tipis dan padat antara elektroda baterai.

Profesor Nobuyuki Zettsu dari Pusat Energi dan Ilmu Lingkungan di Departemen Bahan Kimia Universitas Shinshu di Jepang dan direktur pusat, Profesor Katsuya Teshima, memimpin penelitian.

Para penulis mempublikasikan hasil mereka secara online pada bulan Januari tahun ini dalam Laporan Ilmiah.

"Karena beberapa karakteristik intrinsik dari elektrolit cair, seperti jumlah pengangkutan lithium yang rendah, reaksi kompleks pada antarmuka padat / cair, dan ketidakstabilan termal, itu tidak mungkin untuk secara bersamaan mencapai energi dan daya tinggi di salah satu perangkat elektrokimia saat ini, "Kata Nobuyuki Zettsu, sebagai penulis pertama di atas kertas.

Baterai ion litium dapat diisi ulang dan memberi daya perangkat seperti telepon seluler, laptop, peralatan listrik, dan bahkan menyimpan daya untuk jaringan listrik. Mereka sangat sensitif terhadap fluks suhu, dan telah diketahui menyebabkan kebakaran atau bahkan ledakan. Menanggapi masalah dengan elektrolit cair, para ilmuwan bekerja untuk mengembangkan baterai semua-solid-state yang lebih baik tanpa cairan.

"Meskipun keuntungan yang diharapkan dari semua baterai solid-state, karakteristik kekuatan dan kepadatan energi mereka harus ditingkatkan untuk memungkinkan aplikasi mereka dalam teknologi seperti kendaraan listrik jarak jauh," kata Zettsu. "Kemampuan tingkat rendah dan kepadatan energi yang rendah dari baterai semua-solid-state sebagian karena kurangnya solid-solid heterogen antarmuka teknologi formasi cocok yang menunjukkan konduktivitas ikonik tinggi yang sebanding dengan sistem elektrolit cair."

Zettsu dan timnya menumbuhkan kristal-kristal elektrolit padat garnet-type oksida dalam LiOH cair yang digunakan sebagai pelarut (fluks) pada substrat yang mengikat elektroda ke dalam keadaan padat saat mereka tumbuh. Suatu senyawa kristal tertentu yang diketahui tumbuh secara kubik memungkinkan para peneliti untuk mengontrol ketebalan dan area koneksi di dalam lapisan, yang bertindak sebagai pemisah keramik.

"Pengamatan mikroskopi elektron mengungkapkan bahwa permukaannya tertutup rapat dengan kristal polyhedral yang terdefinisi dengan baik. Setiap kristal terhubung dengan yang berdekatan," tulis Zettsu.

Zettsu juga mengatakan bahwa lapisan kristal yang baru tumbuh bisa menjadi pemisah keramik yang ideal ketika menumpuk lapisan elektrolit pada lapisan elektroda.

"Kami percaya bahwa pendekatan kami memiliki ketahanan terhadap reaksi samping pada antarmuka mungkin dapat menyebabkan produksi pemisah keramik yang ideal dengan antarmuka yang tipis dan padat," tulis Zettsu, mencatat bahwa keramik yang digunakan dalam eksperimen khusus ini terlalu tebal untuk digunakan. dalam baterai padat. "Namun, selama lapisan elektroda dapat dibuat setipis 100 mikron, lapisan penumpukan akan beroperasi sebagai baterai padat."

Seratus mikron adalah tentang lebar rambut manusia, dan sedikit kurang dari dua kali ketebalan lapisan elektroda standar dalam baterai lithium-ion kontemporer.

"Semua baterai solid-state adalah kandidat yang menjanjikan untuk perangkat penyimpanan energi," kata Zettsu, mencatat bahwa beberapa kolaborasi antara peneliti dan perusahaan swasta sudah berlangsung dengan tujuan akhir menampilkan sampel baterai semua-solid-state pada Olimpiade 2020 di Tokyo.

Zettsu dan peneliti lain berencana untuk membuat sel prototipe untuk penggunaan kendaraan listrik dan untuk perangkat yang dapat dikenakan pada tahun 2022.

Kolaborator lain dalam proyek ini termasuk peneliti dari Institute for Materials Research di Tohoku University, Frontier Research Institute for Materials Science di Nagoya Institute of Technology, dan National Institute for Materials Science

Sumber: Science Daily