Penemuan transfer elektron adalah langkah menuju baterai skala grid yang layak
Energy

Penemuan transfer elektron adalah langkah menuju baterai skala grid yang layak


Tim UM menemukan bahwa, bertentangan dengan apa yang diyakini para peneliti, kelompok molekul bermuatan negatif dari lima elektrolit asam berbeda tidak memberikan lebih banyak tempat untuk transfer elektron terjadi pada elektroda negatif baterai. Sebaliknya, mereka menurunkan penghalang energi transfer itu dengan berfungsi sebagai semacam jembatan antara logam aktif dalam fluida — dalam kasus ini vanadium — dan elektroda. Ini membantu vanadium melepaskan elektronnya. Kredit: Harsh Agarwal, Singh Group; dan Jacob Florian, Goldsmith Group; Universitas Michigan

Cara untuk meningkatkan transfer elektron dalam baterai skala jaringan berbeda dari yang diyakini para peneliti, sebuah studi baru dari University of Michigan telah menunjukkan. Penemuan ini merupakan langkah untuk dapat menyimpan energi terbarukan dengan lebih efisien.

Saat pemerintah dan utilitas di seluruh dunia meluncurkan sumber energi terbarukan yang terputus-putus seperti angin dan matahari, kami tetap bergantung pada batu bara, gas alam, dan pembangkit listrik tenaga nuklir untuk menyediakan energi saat angin tidak bertiup dan matahari tidak bersinar. Baterai “aliran” skala grid adalah salah satu solusi yang diusulkan, menyimpan energi untuk digunakan nanti. Tetapi karena mereka tidak terlalu efisien, mereka harus berukuran besar dan mahal.

Dalam baterai aliran, energi disimpan dalam sepasang cairan “elektrolit” yang disimpan dalam tangki dan mengalir melalui bagian kerja baterai untuk menyimpan atau melepaskan energi. Logam aktif memperoleh atau kehilangan elektron dari elektroda di kedua sisi, tergantung pada apakah baterai sedang diisi atau digunakan. Salah satu hambatan efisiensi adalah seberapa cepat elektron bergerak di antara elektroda dan logam aktif.

“Dengan memaksimalkan transfer muatan, kami dapat mengurangi keseluruhan biaya aliran baterai,” kata Harsh Agarwal, Ph.D. mahasiswa dan penulis pertama studi. Dia bekerja di lab Nirala Singh, asisten profesor teknik kimia.

Para peneliti telah mencoba kombinasi kimia berbeda untuk memperbaikinya, tetapi mereka tidak benar-benar tahu apa yang terjadi pada tingkat molekuler. Studi ini, diterbitkan di Laporan Sel Ilmu Fisik, adalah salah satu yang pertama menjelajahinya.

Apa yang ditemukan tim Singh adalah, bertentangan dengan apa yang diyakini para peneliti, gugus molekul bermuatan negatif dari asam tidak memberikan lebih banyak tempat untuk transfer elektron terjadi pada elektroda negatif baterai. Sebaliknya, mereka menurunkan penghalang energi transfer itu dengan berfungsi sebagai semacam jembatan antara logam aktif dalam fluida — dalam kasus ini vanadium — dan elektroda. Ini membantu vanadium melepaskan elektronnya.

Penemuan transfer elektron adalah langkah menuju baterai skala grid yang layak

Baterai aliran menyimpan sepasang cairan “elektrolit” dalam tangki terpisah. Baterai menyimpan atau melepaskan energi saat cairan mengalir melalui bagian kerja baterai. Logam aktif memperoleh atau kehilangan elektron dari elektroda di kedua sisi, tergantung pada apakah baterai sedang diisi atau digunakan. Laju transfer elektron ini terjadi mempengaruhi efisiensi baterai. Kredit: Harsh Agarwal, Singh Group, University of Michigan

“Temuan kami menunjukkan bahwa menjembatani mungkin memainkan peran penting namun belum dieksplorasi dalam kimia baterai aliran lain yang menggunakan logam transisi,” kata Nirala Singh. “Penemuan ini tidak hanya relevan dengan penyimpanan energi tetapi juga bidang korosi dan elektrodeposisi.”

Studi tersebut menunjukkan bahwa laju reaksi dalam aliran baterai dapat disetel dengan mengontrol seberapa baik asam dalam elektrolit cair berikatan dengan logam aktif.

“Peneliti bisa mengaplikasikan ilmu ini pada teknik elektrolit atau pengembangan elektrokatalis, keduanya merupakan disiplin ilmu penting dalam energi berkelanjutan,” kata Agarwal.

Agarwal dan Singh mengukur laju reaksi antara vanadium dan elektroda untuk lima elektrolit asam yang berbeda. Untuk mendapatkan gambaran yang lebih jelas tentang detail di tingkat atom, tim menggunakan bentuk pemodelan mekanis kuantum, yang dikenal sebagai Teori Fungsional Densitas, untuk menghitung seberapa baik kombinasi asam vanadium mengikat elektroda. Bagian dari penelitian ini dilakukan oleh Bryan Goldsmith, Asisten Profesor Teknik Kimia Dow Corning dan penulis senior makalah, dan Jacob Florian, seorang mahasiswa sarjana teknik kimia yang bekerja di lab Goldsmith.

Di Laboratorium Nasional Argonne, Agarwal dan Singh menggunakan spektroskopi sinar-X untuk menemukan detail tentang bagaimana ion vanadium mengonfigurasi diri mereka sendiri saat bersentuhan dengan asam yang berbeda. Perhitungan teori fungsional kepadatan membantu menafsirkan pengukuran spektroskopi sinar-X. Studi ini juga memberikan verifikasi eksperimental langsung pertama tentang bagaimana air menempel pada ion vanadium.

Penelitian tersebut berjudul “The Effect of Anion Bridging on Heterogeneous Charge Transfer for V2 + / V3 +.”


Kulit udang menghasilkan elektroda untuk baterai penyimpanan besar


Informasi lebih lanjut:
Harsh Agarwal dkk. Pengaruh Jembatan Anion pada Transfer Muatan Heterogen untuk V2 + / V3 +, Laporan Sel Ilmu Fisik (2021). DOI: 10.1016 / j.xcrp.2020.100307

Disediakan oleh University of Michigan

Kutipan: Penemuan transfer elektron adalah langkah menuju baterai skala jaringan yang layak (2021, 21 Januari) diambil pada 24 Januari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-01-electron-discovery-viable-grid-scale-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 HK