Menyelidiki peran kobalt dalam baterai isi ulang untuk mengembangkan katoda bebas kobalt yang lebih efektif
Green Tech

Menyelidiki peran kobalt dalam baterai isi ulang untuk mengembangkan katoda bebas kobalt yang lebih efektif


Gambar yang meringkas mekanisme evolusi struktural untuk katoda Co-rich dan Co-free. Kredit: Liu et al.

Banyak perusahaan otomotif di seluruh dunia saat ini berinvestasi dalam pengembangan kendaraan listrik, yang dapat membantu mengurangi emisi gas rumah kaca. Kendaraan listrik membutuhkan baterai isi ulang yang besar yang menunjukkan kinerja, daya tahan, dan efisiensi energi yang tinggi.

Dalam beberapa tahun terakhir, perkembangan kendaraan listrik terhambat dan diperlambat oleh meningkatnya biaya baterai isi ulang. Alasan utama untuk biaya tinggi ini adalah karena kobalt (Co), yang merupakan komponen utama dari sebagian besar katoda dalam baterai yang dapat diisi ulang, menjadi lebih sulit untuk dicapai dan semakin diminati.

Untuk menghindari masalah ini dan memastikan bahwa ada cukup baterai yang dapat diisi ulang untuk memberi daya pada kendaraan listrik baru dan teknologi lainnya, para insinyur dan ahli kimia telah mencoba untuk mengidentifikasi bahan alternatif yang dapat menggantikan Co dalam katoda umum untuk baterai yang dapat diisi ulang. Untuk menggantikan Co secara efektif, bahan-bahan ini harus mencapai kinerja yang serupa namun lebih terjangkau atau tersedia.

Para peneliti di Laboratorium Nasional Argonne dan Sekolah Pascasarjana Shenzhen Universitas Peking di Cina baru-baru ini melakukan penelitian yang bertujuan untuk lebih memahami peran yang dimainkan Co dalam baterai yang dapat diisi ulang, untuk menginformasikan desain katoda bebas-Co yang baru. Makalah mereka, diterbitkan di Energi Alam, mengidentifikasi beberapa proses dan karakteristik yang membuat kobalt menguntungkan untuk mewujudkan baterai isi ulang yang berkinerja tinggi.

“Kami menyelidiki peran Co dalam sistem yang dirancang dengan sengaja yang mencakup katoda Co-rich dan Mn-substitusi Co-free,” tulis para peneliti dalam makalah mereka.

Banyak katoda bebas Co yang diusulkan sejauh ini kaya akan Lithium (Li) atau Magnesium (Mg). Sementara beberapa dari katoda ini telah ditemukan cukup menjanjikan untuk menggantikan katoda berbasis Co, kapasitas dan stabilitas operasionalnya seringkali tidak sesuai untuk penggunaan komersial skala besar. Akibatnya, sebagian besar penelitian mengeksplorasi alternatif Co-free yang berfokus pada katoda oksida berlapis, seperti katoda oksida berlapis kaya Nikel (Ni).

Katoda oksida berlapis kaya Ni biasanya menunjukkan kapasitas dan kepadatan energi yang tinggi. Meskipun demikian, beberapa peneliti menemukan bahwa mengganti Co dengan Ni secara langsung tidak dapat dilakukan, karena dapat menyebabkan penurunan yang signifikan dalam kinerja baterai dan stabilitas termal.

Dalam makalah mereka, Tongchao Liu dan rekan-rekannya di Argonne National Laboratory dan Peking University mencoba untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang alasan mengapa Co memainkan peran penting dalam katoda untuk baterai yang dapat diisi ulang. Harapan mereka adalah bahwa ini akan membantu mereka mengidentifikasi komposisi kaya Ni alternatif yang mencapai kinerja serupa dan merancang katoda bebas-Co yang lebih baik untuk baterai yang dapat diisi ulang.

Para peneliti menggunakan metode mutakhir untuk mengidentifikasi sifat intrinsik Co dan membandingkan prosesnya dengan proses yang terjadi di katoda kaya Ni dan bebas Co. Studi sebelumnya menunjukkan bahwa jumlah Ni yang tinggi dalam katoda dapat menyebabkan kapasitas baterai membusuk lebih cepat. Namun, temuan yang dikumpulkan oleh Liu dan rekan-rekannya menunjukkan bahwa Co sebenarnya lebih merusak daripada Ni di karyawan berpotensi besar.

“Hasil kami menegaskan bahwa Co memainkan peran yang tidak dapat disangkal dalam kapasitas cepat dan / atau degradasi struktural dan menemukan bahwa Co lebih merusak daripada Ni pada karyawan berpotensi besar, yang menawarkan perspektif yang tidak terduga tetapi mendorong untuk pengurangan Co,” para peneliti menjelaskan dalam makalah mereka. “Selain itu, substitusi Mn secara efektif mengurangi efek merusak Co dan memungkinkan fungsionalitas berpotensi tinggi.”

Hasil yang dikumpulkan oleh tim peneliti ini menawarkan beberapa wawasan berharga yang dapat menginformasikan desain dan realisasi katoda yang berkinerja lebih baik, lebih stabil, dan hemat biaya untuk baterai isi ulang. Secara keseluruhan, tim mengidentifikasi serangkaian mekanisme degradasi morfologis dan struktural yang dapat menjelaskan mengapa kapasitas katoda Co-rich meluruh dengan cepat dari waktu ke waktu.

Berdasarkan temuan ini, Liu dan rekan-rekannya sudah mulai menyadari serangkaian katoda bebas-Co yang mencapai kinerja yang menjanjikan. Di masa mendatang, katoda ini dapat diintegrasikan ke dalam baterai isi ulang, yang kemudian dapat dikomersialkan dan tersedia secara luas.


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


Informasi lebih lanjut:
Memahami peran Co dalam mengembangkan katoda kaya Ni-bebas Co untuk baterai yang dapat diisi ulang. Energi Alam(2021). DOI: 10.1038 / s41560-021-00776-y.

© 2021 Science X Network

Kutipan: Investigasi peran kobalt dalam baterai isi ulang untuk mengembangkan katoda bebas kobalt yang lebih efektif (2021, 24 Maret) diambil pada 24 Maret 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-03-role-cobalt-rechargeable-batteries- efektif.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