Superkomputer mengedepankan baterai yang tahan lebih lama dan pengisian lebih cepat
Green Tech

Superkomputer mengedepankan baterai yang tahan lebih lama dan pengisian lebih cepat


Elektron (ditampilkan dalam warna hijau) hadir dalam bahan berlapis yang disebut elektrida. Ion fluor (kuning cerah) dapat dengan mudah menggantikan elektron dan melompat dari satu situs ke situs lain untuk mengaktifkan elektroda yang lebih baik untuk baterai interkalasi fluorida. Kredit: Lab Rohan Mishra, Universitas Washington

Dalam upaya untuk mengekang peningkatan emisi kendaraan karbon secara keseluruhan, negara bagian California baru-baru ini mengumumkan rencana untuk melarang penjualan baru kendaraan bertenaga bensin dalam waktu kurang dari 15 tahun — jika perintah gubernur saat ini berlaku.

Sekarang, berkat superkomputer yang didanai oleh National Science Foundation seperti Comet di San Diego Supercomputer Center (SDSC) di UC San Diego dan Stampede2 di Texas Advanced Computing Center (TACC), komunitas riset telah membuat kemajuan dalam pengembangan yang lebih andal. dan mobil listrik dan truk ringan yang efisien serta produk lainnya dengan berfokus pada baterai yang menggerakkan mereka.

Tiga tim universitas yang baru-baru ini diberi alokasi pada superkomputer ini termasuk para peneliti dari UC San Diego, Universitas Washington di Saint Louis, dan Universitas Negeri Washington.

“Kami telah bekerja untuk membuat baterai lithium-ion lebih tahan lama dan pengisian lebih cepat selama bertahun-tahun,” kata Shyue Ping Ong, profesor teknik nano di UC San Diego. “Komet sangat penting untuk melakukan perhitungan untuk menjelaskan penyisipan lithium unik dan mekanisme difusi yang bertanggung jawab atas kemampuan tingkat tinggi dalam bahan anoda baru yang kami kembangkan.”

Li baru ini3V.2ITU5 anoda, yang merupakan alternatif yang lebih aman untuk anoda grafit khas yang ditemukan dalam baterai lithium-ion saat ini, adalah fokus dari publikasi terbaru Ong di jurnal Alam. Studi ini ditulis bersama oleh Direktur Daya dan Energi Berkelanjutan UC San Diego, Ping Liu, yang menjelaskan bahwa pendekatan anoda baru ini dapat didaur ulang lebih dari 6.000 kali dengan peluruhan kapasitas yang dapat diabaikan, dan dapat mengisi dan melepaskan energi dengan cepat, menghasilkan lebih dari 40% dari kapasitasnya dalam 20 detik.

Ini berarti baterai lithium-ion masa depan dapat memberikan energi lebih dari 70% lebih banyak daripada yang ada saat ini. Secara khusus, anoda yang diusulkan dan dipelajari oleh Ong dan Liu dikenal sebagai anoda garam batuan yang tidak teratur.

“Penemuan komputasi berkemampuan Comet ini menunjukkan jalan ke bahan anoda lain yang beroperasi di bawah mekanisme yang sama,” kata Ong. “Akses ke sumber daya komputasi berkinerja tinggi menghilangkan kebutuhan kelompok saya untuk membeli dan memelihara superkomputer kita sendiri sehingga kita dapat fokus pada sains.”

Detail tentang proyek ini dapat ditemukan di artikel Berita UCSD ini.

Bisakah Baterai Lithium-Air Menjadi Solusi Lain untuk Tenaga Kendaraan Masa Depan?

Kemungkinan lain untuk tenaga mobil listrik yang lebih efisien adalah baterai lithium-air (Li-air), yang akan menjadi alternatif yang menarik karena dapat mengubah oksigen di udara menjadi listrik. Meskipun tidak ada di pasaran, ia bisa menjadi lebih populer dengan menawarkan beberapa energi spesifik tertinggi — energi per kilogram baterai — dan karena itu meningkatkan jangkauan kendaraan per pengisian daya.

Peneliti seperti Rohan Mishra di Washington University di Saint Louis, bersama dengan kolaborator di University of Illinois Chicago, baru-baru ini membuat langkah besar dalam pekerjaan mereka dengan menciptakan paduan dua dimensi baru yang dapat menghasilkan baterai Li-air yang sangat hemat energi dengan stabilitas yang sangat baik. selama berbagai siklus pelepasan muatan.

“Baterai udara-litium dapat memberikan kepadatan energi tinggi yang menjadikannya sangat baik untuk mobil listrik,” kata Rohan, seorang ilmuwan material komputasi dan asisten profesor teknik mesin dan ilmu material. “Kami baru saja mensintesis beberapa paduan yang akan memungkinkan kemajuan besar dalam pengembangan baterai ini agar layak untuk diproduksi. Paduan ini disintesis dengan panduan dari perhitungan intensif yang diselesaikan pada Stampede2 di TACC dan Comet di SDSC.”

Sekarang Mishra dan rekan-rekannya memiliki pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana paduan ini bereaksi satu sama lain, mereka akan fokus untuk lebih meningkatkan efisiensi energi baterai ini.

Mishra dan rekan-rekannya mempublikasikan temuan terbaru mereka di Material Lanjutan jurnal. Informasi tambahan tentang pengembangan paduannya juga dapat ditemukan di artikel Universitas Washington ini.

Baru-baru ini, tim Mishra mengidentifikasi keluarga senyawa langka yang disebut elektrida yang dapat mengaktifkan baterai ion fluorida yang stabil dan dapat diisi ulang. Baterai ion fluorida dapat membantu mengatasi masalah yang berkaitan dengan terbatasnya pasokan litium dan kobalt yang digunakan pada baterai Li-ion saat ini. Temuan ini dipublikasikan di Jurnal Kimia Material A dan informasi lebih lanjut dapat ditemukan di artikel dari Universitas Washington.

Baterai Lithium-Sulfur yang Ditingkatkan Menawarkan Opsi Ketiga

Meskipun baterai litium-sulfur telah tersedia selama bertahun-tahun, pengisiannya lambat dan harus sering diganti. Kapasitas teoritis yang tinggi, kepadatan energi, dan biaya sulfur yang rendah telah menarik lebih banyak perhatian pada jenis baterai ini sebagai jawaban potensial untuk masa depan kendaraan bertenaga listrik.

“Baterai lithium-sulfur sangat menjanjikan untuk memenuhi permintaan yang terus meningkat untuk pasokan listrik dengan kepadatan energi tinggi,” kata Jin Liu, profesor teknik mesin dan material di Washington State University. “Studi terbaru kami menunjukkan betapa sedikit perubahan molekuler pada desain saat ini dapat sangat meningkatkan kinerja baterai.”

Studi Liu, diterbitkan di Bahan Energi Lanjut, termasuk eksperimen yang pertama kali disimulasikan di Comet dan Stampede2. Simulasi rinci skala molekuler dan percobaan tindak lanjut menunjukkan bahwa protein bercabang pendek (protein yang terdiri dari residu asam amino panjang) jauh lebih efektif dalam penyerapan polisulfida dibandingkan dengan protein bercabang panjang, menekan bolak-balik polisulfida dan menghasilkan peningkatan kinerja baterai.

“Protein pada umumnya mengandung sejumlah besar atom dan struktur proteinnya sangat kompleks,” kata Liu. “Simulasi molekuler dari sistem seperti itu sangat luas secara komputasi dan hanya mungkin menggunakan superkomputer seperti Comet dan Stampede2.”


Bagaimana korsleting pada baterai logam litium dapat dicegah


Informasi lebih lanjut:
Min Chen dkk. Let It Catch: Protein Bercabang Pendek untuk Menangkap Polisulfida secara Efisien dalam Baterai Lithium – Sulfur, Bahan Energi Lanjut (2020). DOI: 10.1002 / aenm.201903642

Haodong Liu dkk. Anoda garam batu yang tidak teratur untuk pengisian cepat baterai lithium-ion, Alam (2020). DOI: 10.1038 / s41586-020-2637-6

Disediakan oleh University of California – San Diego

Kutipan: Superkomputer memajukan baterai yang lebih tahan lama dan pengisian lebih cepat (2021, 3 Februari) diambil pada 3 Februari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-02-supercomputers-advance-longer-lasting-faster-charging-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 : Lagutogel