Memajukan pemahaman mekanistik tentang proses redoks oksigen dalam katoda baterai kaya litium
Green Tech

Memajukan pemahaman mekanistik tentang proses redoks oksigen dalam katoda baterai kaya litium


Struktur katoda kaya Li dalam keadaan murni, bermuatan dan habis menunjukkan bagaimana molekul O2 mengambil bagian dalam mekanisme penyimpanan energi dari bahan O-redoks. Kredit: Dr Robert House, Universitas Oxford

Ilmuwan yang berbasis di Universitas Oxford sebagai bagian dari proyek CATMAT Lembaga Faraday yang meneliti bahan katoda generasi mendatang telah membuat kemajuan yang signifikan dalam memahami proses redoks oksigen yang terlibat dalam bahan katoda kaya lithium. Makalah, diterbitkan di Energi Alam, mengusulkan strategi yang menawarkan rute potensial untuk meningkatkan kepadatan energi baterai lithium-ion.

“Dalam pencarian yang semakin sulit untuk membuat peningkatan tambahan pada kepadatan energi baterai Li-ion, kemampuan untuk memanfaatkan potensi katoda oksigen-redoks dan peningkatan yang lebih besar yang mereka tawarkan relatif terhadap katoda kaya nikel dalam penggunaan komersial saat ini berpotensi signifikan, “Prof Peter Bruce, Universitas Oxford dan Kepala Ilmuwan di Faraday Institution. “Pemahaman yang lebih dalam tentang mekanisme fundamental oksigen-redoks merupakan langkah penting dalam menginformasikan strategi untuk mengurangi keterbatasan bahan-bahan tersebut saat ini, membawa potensi penggunaan komersialnya selangkah lebih dekat ke kenyataan.”

“Menemukan solusi perintis dalam perlombaan Inggris menuju elektrifikasi membutuhkan upaya penelitian berskala besar dan terfokus yang ditargetkan pada tujuan industri yang relevan,” kata Pam Thomas, CEO dari Faraday Institution. Ini adalah salah satu contoh peneliti Faraday Institution yang mencapai tonggak ilmiah yang signifikan, yang membuka dan mempercepat berbagai cara penelitian baru dalam pencarian bahan baterai dan yang dapat meningkatkan jangkauan kendaraan listrik di masa depan. Terobosan ini difasilitasi dengan penggunaan fasilitas mutakhir yang disediakan oleh Diamond Light Source dan Royce Institute, yang menunjukkan pentingnya menjaga kekuatan infrastruktur penelitian Inggris. “

Meningkatkan jangkauan kendaraan listrik membutuhkan bahan baterai yang dapat menyimpan lebih banyak muatan pada voltase yang lebih tinggi untuk mencapai “kepadatan energi” yang lebih tinggi. Ada beberapa cara untuk meningkatkan kepadatan energi bahan katoda lithium-ion. Sebagian besar bahan katoda saat ini dilapisi dengan oksida logam transisi, misalnya kobalt, nikel dan mangan. Salah satu rute penelitian melibatkan penyimpanan muatan pada ion oksida serta pada ion logam transisi.

Penggunaan bahan oksigen-redoks untuk meningkatkan kepadatan energi katoda telah menjanjikan selama beberapa tahun, tetapi menyadari potensi penuhnya dalam baterai komersial telah terhambat oleh perubahan struktural yang mereka alami selama pengisian pertama, yang sebagian besar tidak dapat diubah, dan yang menimbulkan peningkatan. hingga penurunan signifikan pada voltase yang tersedia pada pelepasan berikutnya dan siklus yang akan datang.

Upaya penelitian yang signifikan telah dilakukan selama beberapa waktu di seluruh dunia untuk mengungkap mekanisme redoks oksigen yang menjelaskan perubahan struktural ini, tetapi pemahaman yang jelas tentang sifat oksigen teroksidasi tetap menjadi bagian penting dari teka-teki.

Teknik seperti RIXS (hamburan sinar-X inelastis resonansi) telah digunakan dengan sukses di masa lalu untuk menyelidiki perubahan pada oksigen. Tetapi dengan berkolaborasi dengan para peneliti di state-of-the-art, beamline I21 di Diamond Light Source, peneliti Faraday Institution telah berhasil menyelesaikan fitur RIXS ini yang menunjukkan bahwa spesies oksigen teroksidasi di sebagian besar material adalah oksigen molekuler daripada peroksida atau spesies lain.

“Selain itu, pemodelan komputasi telah menunjukkan bahwa evolusi oksigen molekuler menjelaskan respons elektrokimia yang diamati — penurunan tegangan pada pelepasan pertama — dan perubahan struktural yang diamati — dijelaskan oleh akomodasi oksigen molekuler dalam sebagian besar material,” kata Prof Saiful Islam, University of Bath dan Penyelidik Utama CATMAT. “Model tunggal yang menyatukan oksigen molekuler dan kehilangan tegangan bersama-sama memungkinkan para peneliti untuk mengusulkan strategi praktis untuk menghindari ketidakstabilan akibat redoks oksigen, menawarkan rute potensial menuju katoda Li-ion densitas energi tinggi yang lebih dapat dibalik.”

Enam strategi tersebut diusulkan dalam makalah ini, dari berbagai hal baru, yang semuanya menjanjikan dan sedang dieksplorasi oleh proyek CATMAT. Pemahaman mekanistik yang dikembangkan akan mempercepat penelitian di masing-masing bidang ini, menawarkan alternatif untuk pendekatan berulang, coba-coba. Dalam satu arah penelitian baru, para peneliti sedang menyelidiki pengembangan “struktur atas” yang unik di mana kontrol diberikan atas urutan atom litium dalam lapisan logam transisi, memberikan stabilitas lebih pada struktur dan mengurangi kehilangan tegangan.


Bagaimana bahan katoda kaya litium untuk baterai EV energi tinggi menyimpan daya pada voltase tinggi (Pembaruan)


Informasi lebih lanjut:
Robert A. House et al, Peran O2 dalam katoda O-redoks untuk baterai Li-ion, Energi Alam (2021). DOI: 10.1038 / s41560-021-00780-2

Disediakan oleh The Faraday Institution

Kutipan: Pemahaman mekanistik lanjutan tentang proses redoks oksigen dalam katoda baterai kaya litium (2021, 1 Maret) diambil 1 Maret 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-03-f lanjuting-mechanistic-oxygen-redox-lithium- rich-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 tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Lagutogel