Kimiawan mengembangkan katoda polimer untuk baterai ultra cepat
Electronics

Kimiawan mengembangkan katoda polimer untuk baterai ultra cepat


Kredit: CC0

Dalam menghadapi lonjakan permintaan baterai lithium-ion dan cadangan lithium yang terbatas, para ilmuwan mencari alternatif untuk teknologi lithium. Peneliti Rusia dari Skoltech, D. Mendeleev University, dan Institute of Problems of Chemical Physics of RAS telah mensintesis dan menguji bahan katoda berbasis polimer baru untuk baterai lithium dual-ion. Pengujian menunjukkan bahwa katoda baru dapat bertahan hingga 25.000 siklus operasi dan mengisi daya dalam hitungan detik, sehingga mengungguli baterai lithium-ion. Katoda juga dapat digunakan untuk memproduksi baterai ion ganda kalium yang lebih murah. Penelitian tersebut dipublikasikan di jurnal Teknologi Energi.

Jumlah listrik yang dikonsumsi di seluruh dunia bertambah dari tahun ke tahun, begitu pula permintaan akan solusi penyimpanan energi, karena banyak perangkat sering beroperasi dalam mode otonom. Baterai lithium-ion dapat menghasilkan daya yang sangat besar sekaligus menunjukkan tingkat pengosongan dan pengisian daya yang cukup tinggi serta kapasitas penyimpanan per satuan massa, menjadikannya perangkat penyimpanan yang populer di bidang elektronik, transportasi listrik, dan jaringan listrik global. Misalnya, Australia meluncurkan serangkaian proyek penyimpanan baterai lithium-ion berskala besar untuk mengelola kelebihan energi matahari dan angin.

Jika baterai litium-ion terus diproduksi dalam jumlah yang terus meningkat, dunia dapat kehabisan cadangan litium. Dengan Kongo memproduksi 60% kobalt untuk katoda baterai lithium-ion, harga kobalt dapat meroket. Hal yang sama berlaku untuk litium, karena konsumsi air dalam penambangan litium menimbulkan tantangan besar bagi lingkungan. Oleh karena itu, para peneliti mencari perangkat penyimpanan energi baru yang mengandalkan bahan yang lebih mudah diakses dengan menggunakan prinsip pengoperasian yang sama seperti baterai lithium-ion.

Tim menggunakan teknologi ion ganda pasca-litium yang menjanjikan berdasarkan proses elektrokimia yang melibatkan anion elektrolit dan kation untuk mencapai peningkatan berlipat ganda dalam laju pengisian daya dibandingkan dengan baterai lithium-ion. Kelebihan lainnya adalah prototipe katoda terbuat dari polimer aromatik amina yang dapat disintesis dari berbagai senyawa organik.

“Penelitian kami sebelumnya membahas katoda polimer untuk baterai berkapasitas tinggi sangat cepat yang dapat diisi dan dikosongkan dalam beberapa detik, tetapi kami menginginkan lebih,” kata Filipp A. Obrezkov, seorang Skoltech Ph.D. mahasiswa dan penulis pertama makalah. “Kami menggunakan berbagai alternatif, termasuk polimer linier, di mana setiap unit monomer terikat hanya dengan dua tetangga. Dalam studi ini, kami melanjutkan untuk mempelajari polimer bercabang baru di mana setiap unit terikat dengan setidaknya tiga unit lainnya. Bersama-sama mereka membentuk struktur mesh besar yang memastikan kinetika proses elektroda yang lebih cepat. Elektroda yang terbuat dari bahan ini menampilkan tingkat pengisian dan pengosongan yang lebih tinggi. “

Sel litium-ion standar diisi dengan elektrolit yang mengandung litium dan dibagi menjadi anoda dan katoda dengan pemisah. Dalam baterai yang terisi, sebagian besar atom litium tergabung dalam struktur kristal anoda. Saat baterai habis, atom litium bergerak dari anoda ke katoda melalui separator. Tim Rusia mempelajari baterai dual-ion di mana proses elektrokimia melibatkan kation elektrolit (yaitu kation lithium) dan anion yang masuk dan keluar dari struktur bahan anoda dan katoda.

Fitur baru lainnya adalah, dalam beberapa percobaan, para ilmuwan menggunakan elektrolit kalium sebagai pengganti lithium yang mahal untuk mendapatkan baterai ion ganda kalium.

Tim tersebut mensintesis dua kopolimer baru dihydrophenazine dengan diphenylamine (PDPAPZ) dan phenothiazine (PPTZPZ) yang mereka gunakan untuk memproduksi katoda. Sebagai anoda, mereka menggunakan litium logam dan kalium. Karena fitur utama dari prototipe baterai ini yang disebut setengah sel digerakkan oleh katoda, para ilmuwan mengumpulkannya untuk menilai dengan cepat kemampuan bahan katoda baru.

Sementara setengah sel PPTZPZ menunjukkan kinerja rata-rata, PDPAPZ ternyata lebih efisien: setengah sel lithium dengan PDPAPZ cukup cepat untuk diisi dan dikosongkan, sambil menunjukkan stabilitas yang baik dan mempertahankan hingga sepertiga dari kapasitasnya bahkan setelah 25.000 siklus operasi. Jika baterai telepon biasa sama stabilnya, baterai tersebut dapat diisi dan digunakan setiap hari selama 70 tahun. Setengah-sel kalium PDPAPZ menunjukkan kepadatan energi yang tinggi sebesar 398 Wh / kg. Sebagai perbandingan, nilai sel lithium umum adalah 200-250 Wh / kg, termasuk bobot anoda dan elektrolit. Oleh karena itu, tim Rusia menunjukkan bahwa bahan katoda polimer dapat digunakan untuk membuat baterai lithium dan kalium dual-ion yang efisien.


Kelas baru katoda bebas kobalt dapat meningkatkan kepadatan energi baterai lithium-ion generasi berikutnya


Informasi lebih lanjut:
Filipp A. Obrezkov dkk. Kopolimer Berbasis Dihydrophenazine sebagai Bahan Katoda yang Menjanjikan untuk Baterai Dual-Ion, Teknologi Energi (2020). DOI: 10.1002 / ente.202000772

Disediakan oleh Institut Sains dan Teknologi Skolkovo

Kutipan: Ahli kimia mengembangkan katoda polimer untuk baterai ultrafast (2021, 18 Januari) diambil 25 Januari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-01-chemists-polymer-cathodes-ultrafast-batteries.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 : Togel Hongkong