Anoda berbasis timbal baru untuk baterai lithium-ion generasi berikutnya
Green Tech

Anoda berbasis timbal baru untuk baterai lithium-ion generasi berikutnya


baterai lithium-ion, partikel inti-kulit berbasis timbal yang dikembangkan untuk anoda, timbal elemen dalam tabel periodik, dan baterai timbal-asam untuk mobil. Kredit: Scapiens Inc., Argonne National Laboratory dan Ulsan National Institute of Science and Technology

Baterai lithium-ion menggerakkan segalanya mulai dari ponsel hingga laptop hingga kendaraan listrik. Ilmuwan di seluruh dunia selalu mencari komponen baru dan lebih baik untuk membuat baterai yang lebih baik untuk aplikasi ini dan lainnya.

Ilmuwan dari Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS (DOE) melaporkan desain elektroda baru untuk baterai lithium-ion menggunakan bahan timbal dan karbon murah. Kontributor penemuan penting ini juga termasuk ilmuwan dari Northwestern University, Brookhaven National Laboratory, dan Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST).

“Penelitian kami memiliki implikasi menarik untuk merancang baterai lithium-ion berbiaya rendah, berkinerja tinggi, dan berkelanjutan yang dapat memberi daya pada kendaraan hibrida dan semua listrik,” kata Eungje Lee, penulis utama dan ilmuwan material di Ilmu dan Teknik Kimia (CSE) Argonne divisi.

Baterai lithium-ion bekerja dengan memasukkan ion litium ke dalam anoda selama pengisian dan melepasnya selama pengosongan. Anoda grafit saat ini dapat beroperasi selama ribuan siklus pelepasan muatan seperti itu tetapi tampaknya telah mencapai batasnya dalam hal kapasitas penyimpanan energi.

“Kami memutuskan untuk menyelidiki timbal sebagai alternatif menarik dari grafit untuk bahan anoda,” kata Lee. Timbal sangat menarik karena melimpah dan tidak mahal. Selain itu, ia memiliki rantai pasokan yang mapan karena sejarah panjang baterai timbal-asam yang menyediakan tenaga tambahan untuk mobil dan merupakan salah satu bahan yang paling banyak didaur ulang di dunia. Tingkat daur ulang timbal saat ini adalah 99% di Amerika Serikat.

“Anoda baru kami dapat menawarkan aliran pendapatan baru untuk industri besar yang saat ini terlibat dalam pembuatan dan daur ulang baterai timbal-asam,” tambah Lee.

Anoda tim bukanlah lempengan timah biasa tetapi partikel mikroskopis yang tak terhitung banyaknya dengan struktur yang rumit: partikel nano timbal tertanam dalam matriks karbon dan ditutup oleh cangkang oksida timah tipis. Meskipun struktur ini terdengar rumit, tim menemukan metode sederhana dan berbiaya rendah untuk membuatnya.

“Metode kami melibatkan pengocokan, selama beberapa jam, partikel oksida timbal besar bercampur dengan bubuk karbon sampai membentuk partikel mikroskopis dengan struktur inti-cangkang yang diinginkan,” jelas Christopher Johnson, peneliti utama proyek dan Rekan Terhormat Argonne di CSE divisi.

Pengujian di sel laboratorium lebih dari 100 siklus pelepasan muatan menunjukkan bahwa anoda nanokomposit berbasis timbal baru mencapai kapasitas penyimpanan energi dua kali lipat dari anoda grafit saat ini (dinormalisasi untuk berat yang sama). Kinerja yang stabil selama siklus dimungkinkan karena ukuran partikel yang kecil mengurangi tekanan sementara matriks karbon menyediakan konduktivitas listrik yang diperlukan dan bertindak sebagai penyangga terhadap ekspansi volume yang merusak selama siklus. Tim juga menemukan bahwa menambahkan sejumlah kecil fluoroethylene karbonat ke elektrolit standar secara signifikan meningkatkan kinerja.

Para peneliti menyelidiki mekanisme pelepasan muatan anoda mereka di GeoSoilEnviro Center for Advanced Radiation Sources (GSECARS), yang dioperasikan oleh University of Chicago, di Argonne’s Advanced Photon Source, DOE Office of Science User Facility. Melalui difraksi sinar-X sinkrotron, mereka dapat melacak perubahan fase bahan anoda saat sedang diisi dan dikeluarkan. Hasil karakterisasi ini dikombinasikan dengan yang dikumpulkan di Northwestern University Atomic and Nanoscale Characterization Center dan National Synchrotron Light Source II, DOE User Facility di Brookhaven, mengungkapkan reaksi elektrokimia yang sebelumnya tidak diketahui antara ion timbal dan lithium yang terjadi saat pengisian dan pengosongan.

“Wawasan mendasar ini mungkin terbukti penting dalam memahami mekanisme reaksi tidak hanya timbal tetapi juga anoda silikon,” kata Lee. Anoda silikon adalah kandidat berbiaya rendah dan berkinerja tinggi lainnya untuk baterai lithium-ion generasi berikutnya.

“Penemuan kami menantang pemahaman saat ini tentang jenis bahan elektroda,” kata Johnson. “Temuan kami juga memberikan implikasi yang menarik untuk merancang bahan anoda berbiaya rendah dan berkinerja tinggi untuk transportasi dan penyimpanan energi stasioner, seperti daya cadangan untuk jaringan listrik.”

Makalah tim muncul dalam edisi khusus baru-baru ini Material Fungsional Lanjutan.


Bagaimana korsleting pada baterai logam litium dapat dicegah


Informasi lebih lanjut:
Jinhyup Han dkk. Anoda Nanokomposit Berbasis Pb Kinerja Tinggi Baru Diaktifkan oleh Redoks Pb Jangkauan Lebar dan Transisi Fase Zintl, Material Fungsional Lanjutan (2020). DOI: 10.1002 / adfm.202005362

Disediakan oleh Laboratorium Nasional Argonne

Kutipan: Anoda berbasis timbal baru untuk baterai lithium-ion generasi berikutnya (2021, 16 Februari) diambil pada 16 Februari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-02-lead-based-anode-next-generation- lithium-ion-battery.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Lagutogel