Teknik baru memperluas baterai logam lithium generasi berikutnya
Green Tech

Teknik baru memperluas baterai logam lithium generasi berikutnya


Baterai logam litium menunjukkan pertumbuhan mikrostruktur saat didaur ulang dalam elektrolit baterai litium konvensional (kiri). Penambahan ion kalium ke elektrolit memodulasi degradasi selama pengoperasian baterai, mencegah pertumbuhan mikrostruktur dan menghasilkan baterai yang lebih aman dan tahan lama (kanan). Kredit: Lauren Marbella / Teknik Columbia

Kendaraan listrik (EV) sangat menjanjikan untuk masa depan kita yang hemat energi dan berkelanjutan, tetapi di antara keterbatasannya adalah kurangnya baterai dengan kepadatan energi tinggi yang tahan lama yang mengurangi kebutuhan untuk mengisi bahan bakar dalam perjalanan jarak jauh. Hal yang sama berlaku untuk rumah selama pemadaman dan kegagalan jaringan listrik — baterai kecil dan efisien yang mampu memberi daya pada rumah lebih dari satu malam tanpa listrik belum ada. Baterai lithium generasi berikutnya yang menawarkan penyimpanan energi yang ringan, tahan lama, dan murah dapat merevolusi industri, tetapi ada sejumlah tantangan yang mencegah komersialisasi berhasil.

Masalah utamanya adalah meskipun anoda logam lithium yang dapat diisi ulang memainkan peran kunci dalam seberapa baik gelombang baru baterai lithium ini berfungsi, selama pengoperasian baterai mereka sangat rentan terhadap pertumbuhan dendrit, mikrostruktur yang dapat menyebabkan korsleting yang berbahaya. api, dan bahkan meledak.

Para peneliti di Columbia Engineering melaporkan hari ini bahwa mereka telah menemukan bahwa aditif logam alkali, seperti ion kalium, dapat mencegah proliferasi mikrostruktur litium selama penggunaan baterai. Mereka menggunakan kombinasi mikroskop, resonansi magnetik nuklir (mirip dengan MRI), dan pemodelan komputasi untuk menemukan bahwa menambahkan sedikit garam kalium ke elektrolit baterai litium konvensional menghasilkan kimia unik pada antarmuka litium / elektrolit. Studi ini dipublikasikan secara online hari ini di Laporan Sel Ilmu Fisik (dan dalam edisi cetak 18 November).

“Secara khusus, kami menemukan bahwa ion kalium mengurangi pembentukan senyawa kimia yang tidak diinginkan yang mengendap di permukaan logam litium dan mencegah pengangkutan ion litium selama pengisian dan pengosongan baterai, yang pada akhirnya membatasi pertumbuhan mikrostruktur,” kata PI tim Lauren Marbella, asisten profesor teknik Kimia.

Teknik baru memperluas baterai logam lithium generasi berikutnya

Tim menggunakan pencitraan resonansi magnetik nuklir dan simulasi komputer untuk lebih memahami reaktivitas dan struktur molekul di permukaan anoda logam litium yang dapat meningkatkan kinerja. Kredit: Lauren Marbella / Teknik Columbia

Penemuan timnya bahwa aditif logam alkali menekan pertumbuhan senyawa non-konduktif pada permukaan logam litium berbeda dengan pendekatan manipulasi elektrolit tradisional, yang berfokus pada pengendapan polimer konduktif pada permukaan logam. Karya ini adalah salah satu karakterisasi mendalam pertama dari kimia permukaan logam litium menggunakan NMR, dan mendemonstrasikan kekuatan teknik ini untuk merancang elektrolit baru untuk logam litium. Hasil Marbella dilengkapi dengan perhitungan teori fungsi kerapatan (DFT) yang dilakukan oleh kolaborator dalam kelompok Viswanathan di bidang teknik mesin di Universitas Carnegie Mellon.

“Elektrolit komersial adalah campuran dari molekul yang dipilih dengan cermat,” kata Marbella. “Dengan menggunakan NMR dan simulasi komputer, kami akhirnya dapat memahami bagaimana formulasi elektrolit unik ini meningkatkan kinerja baterai logam litium pada tingkat molekuler. Wawasan ini pada akhirnya memberi para peneliti alat yang mereka butuhkan untuk mengoptimalkan desain elektrolit dan mengaktifkan baterai logam litium yang stabil.”

Tim tersebut sekarang menguji aditif logam alkali yang menghentikan pembentukan lapisan permukaan yang merusak dalam kombinasi dengan aditif yang lebih tradisional yang mendorong pertumbuhan lapisan konduktif pada logam litium. Mereka juga secara aktif menggunakan NMR untuk secara langsung mengukur laju transpor litium melalui lapisan ini.

Penelitian tersebut berjudul “Memanfaatkan Identitas Kation untuk Engineer Solid Electrolyte Interphases for Rechargeable Lithium Metal Anodes.”


Kekuatan mengejutkan dari kristal cair


Informasi lebih lanjut:
“Memanfaatkan Identitas Kation untuk Merekayasa Interfase Elektrolit Padat untuk Anoda Logam Lithium Isi Ulang.” DOI: 10.1016 / j.xcrp.2020.100239

Disediakan oleh Fakultas Teknik dan Sains Terapan Universitas Columbia

Kutipan: Teknik baru memperpanjang baterai logam lithium generasi berikutnya (2020, 4 November) diambil 27 November 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-11-technique-next-generation-lithium-metal-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