Tim mengembangkan baterai natrium yang stabil, efisien, dan bebas anoda
Green Tech

Tim mengembangkan baterai natrium yang stabil, efisien, dan bebas anoda


Bingyuan Ma memegang sel kapiler transparan. Lab Bai di Sekolah Teknik McKelvey adalah satu-satunya di dunia dengan sel diagnostik semacam itu. Kredit: Lab Peng Bai

Dalam hal baterai, lithium-ion adalah yang terbaik yang kami miliki dalam hal kepadatan energi dan kenyamanan.

Untuk sekarang.

Universitas Washington di laboratorium St. Louis Peng Bai, asisten profesor di Departemen Energi, Lingkungan & Teknik Kimia di Sekolah Teknik McKelvey, telah mengembangkan baterai ion natrium stabil yang sangat efisien, akan lebih murah untuk dibuat dan jauh lebih kecil daripada baterai lithium ion tradisional karena penghapusan fitur yang dulunya diperlukan.

“Kami telah menemukan bahwa minimal itu maksimal,” kata Bai. “Tidak ada anoda yang merupakan anoda terbaik.”

Penelitian tersebut dipublikasikan pada 3 Mei 2021 di jurnal tersebut Ilmu Lanjutan.

Baterai lithium ion tradisional terdiri dari katoda dan anoda, yang keduanya menyimpan ion litium; pemisah untuk menjaga elektroda terpisah di kedua sisi; dan elektrolit — cairan tempat ion bergerak. Ketika lithium mengalir dari anoda ke katoda, elektron bebas keluar melalui pengumpul arus ke perangkat yang diberi daya sementara lithium melewati pemisah ke katoda.

Untuk mengisi daya, prosesnya dibalik, dan lithium melewati katoda, melalui pemisah, ke anoda.

Pertumbuhan halus logam natrium yang sedang bekerja adalah pemeriksaan kualitas akhir elektrolit untuk baterai bebas anoda Bai dan Ma. Kredit: Lab Peng Bai

Konsep mengganti litium dengan natrium dan menghilangkan anoda bukanlah hal baru.

“Kami menggunakan chemistry lama,” kata Bai. “Tetapi masalahnya adalah, dengan bahan kimia yang terkenal ini, tidak ada yang pernah menunjukkan baterai bebas anoda ini dapat memiliki masa pakai yang wajar. Mereka selalu gagal dengan sangat cepat atau memiliki kapasitas yang sangat rendah atau memerlukan pemrosesan khusus dari pengumpul saat ini.”

Baterai bebas anoda cenderung tidak stabil, tumbuh dendrit — pertumbuhan seperti jari yang dapat menyebabkan baterai pendek atau cepat rusak. Ini secara konvensional telah dikaitkan dengan reaktivitas logam alkali yang terlibat, dalam hal ini, natrium.

Pada baterai yang baru dirancang ini, hanya lapisan tipis foil tembaga yang digunakan pada sisi anoda sebagai pengumpul arus, yaitu baterai tidak memiliki bahan anoda aktif. Alih-alih mengalir ke anoda di mana mereka duduk sampai waktu untuk kembali ke katoda, di baterai bebas anoda ion-ion diubah menjadi logam. Pertama, mereka melapisi diri mereka sendiri di atas kertas tembaga, kemudian mereka larut ketika saatnya untuk kembali ke katoda.

“Dalam penemuan kami, tidak ada dendrit, tidak ada struktur seperti jari,” kata Bingyuan Ma, penulis pertama makalah dan mahasiswa doktoral di lab Bai. Depositnya halus, dengan kilau logam. “Mode pertumbuhan semacam ini belum pernah diamati untuk jenis logam alkali ini.”

“Mengamati” adalah kuncinya. Bai telah mengembangkan sel kapiler unik dan transparan yang menawarkan cara baru untuk melihat baterai. Secara tradisional, ketika baterai rusak, untuk menentukan apa yang salah, seorang peneliti dapat membukanya dan melihatnya. Tetapi jenis observasi setelah fakta itu memiliki kegunaan yang terbatas.

“Semua ketidakstabilan baterai terakumulasi selama proses kerja,” kata Bai. “Yang paling penting adalah ketidakstabilan selama proses dinamis, dan tidak ada metode untuk mencirikannya.” Melihat sel kapiler Ma yang bebas anoda, “Kami dapat dengan jelas melihat bahwa jika Anda tidak memiliki kontrol kualitas yang baik dari elektrolit Anda, Anda akan melihat berbagai ketidakstabilan,” termasuk pembentukan dendrit, kata Bai.

Pertumbuhan yang tajam dan gelembung pico-liter adalah akar penyebab kegagalan awal pada baterai bebas anoda sebelumnya. Kredit: Lab Peng Bai

Pada dasarnya, ini tergantung pada seberapa banyak air dalam elektrolit.

Logam alkali bereaksi dengan air, sehingga tim peneliti menurunkan kadar air. “Kami hanya berharap untuk melihat penampilan yang bagus,” kata Bai. Menonton baterai beraksi, para peneliti segera melihat deposit natrium yang mengkilap dan halus. Kehalusan bahanlah yang menghilangkan penyimpangan morfologis yang dapat menyebabkan pertumbuhan dendrit.

“Kami kembali untuk memeriksa sel-sel kapiler dan menyadari ada proses pengeringan elektrolit yang lebih lama,” kata Bai. Semua orang berbicara tentang kadar air dalam baterai, tetapi, dalam penelitian sebelumnya, jumlah air sering kali diturunkan menjadi statistik yang perlu diperhatikan.

Bai dan Ma menyadari bahwa sebenarnya itulah kuncinya.

“Kadar air harus lebih rendah dari 10 bagian per juta,” kata Bai. Dengan realisasi itu, Ma tidak hanya dapat membangun sel kapiler, tetapi juga baterai yang berfungsi dengan kinerja yang serupa dengan baterai lithium-ion standar, tetapi membutuhkan lebih sedikit ruang karena kurangnya anoda.

“Periksa ponselmu. Mobil listrikmu. Seperempat dari harga barang-barang itu berasal dari baterainya,” kata Bai. Baterai natrium menggunakan logam yang lebih umum daripada baterai litium; mereka memiliki kepadatan energi yang sama dengan baterai litium; dan mereka lebih kecil dan lebih murah daripada baterai lithium, berkat penghapusan anoda.

“Kami membuktikan bahwa Anda dapat menggunakan pengaturan paling sederhana untuk mengaktifkan baterai terbaik,” kata Bai.


Baterai seng bebas anoda yang suatu saat dapat menyimpan energi terbarukan


Informasi lebih lanjut:
Bingyuan Ma dkk, Stabilitas Antarmuka Dinamis Dikonfirmasi dengan Eksperimen Operator Optik Mikroskopis Mengaktifkan Sel Penuh Logam Na Bebas Anoda Tingkat Retensi Tinggi, Ilmu Lanjutan (2021). DOI: 10.1002 / advs.202005006

Disediakan oleh Universitas Washington di St. Louis

Kutipan: Tim mengembangkan baterai natrium yang stabil, efisien, dan bebas anoda (2021, 3 Mei) diambil pada 3 Mei 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-05-team-stable-efficient-anode-free-sodium.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