Nanoscale Research Membuka Jalan untuk Baterai Li-Ion “Generasi Berikutnya”

Baterai lithium-ion yang dapat diisi ulang ada di mana-mana, memberi daya pada ponsel cerdas, tablet, laptop, dan, semakin banyak, kendaraan listrik. 

 

Membuat baterai ini lebih ringan, lebih kecil, lebih murah, dan mampu mengisi daya lebih cepat, semuanya tanpa mengorbankan kinerja, oleh karena itu merupakan tantangan desain utama. Untuk mengatasi masalah ini, para ilmuwan dan insinyur sedang mengembangkan bahan elektroda baru yang dapat menyimpan jumlah lithium yang lebih besar dalam jumlah ruang yang sama. 

 

Baca juga: Pembelajaran Tatap Muka Masih Beresiko Tinggi Bagi Anak

 

Salah satu solusi yang menjanjikan adalah penggunaan bahan jenis paduan dalam elektroda negatif baterai, juga dikenal sebagai anoda. Misalnya, satu pon silikon — yang menghasilkan anoda “tipe paduan” — dapat menyimpan kira-kira jumlah lithium yang sama dengan sepuluh pon grafit, yang ditemukan dalam anoda “tipe interkalasi” yang saat ini digunakan dalam ion lithium komersial. baterai. Ini berarti bahwa mengganti yang terakhir dengan yang pertama berpotensi membuat anoda 10 kali lebih ringan dan jauh lebih kecil.

 

Studi ini dilakukan oleh Eric Detsi, Stephenson Term Assistant Professor di departemen Material Science and Engineering (MSE), bersama dengan asisten peneliti pascasarjana John Corsi dan Samuel Welborn. Mereka berkolaborasi dengan Eric Stach, profesor di MSE dan direktur Laboratory for Research on the Structure of Matter (LRSM)

 

Seperti namanya, baterai lithium-ion menyimpan energi melalui reaksi elektrokimia antara lithium dari elektroda positif, juga dikenal sebagai katoda, dan bahan di anodanya. Saat ion lithium secara fisik memasuki ruang di kisi anoda selama pengisian, mereka terikat dengan bahan itu dan menyerap elektron dalam prosesnya; pengosongan baterai menghilangkan lithium sehingga proses dapat diulang, tetapi dalam kasus anoda tipe paduan, juga menyebabkan bahan anoda tumbuh dan akhirnya pecah.

 

Untuk penelitian ini, tim menggunakan fasilitas mikroskop elektron di Singh Center for Nanotechnology, serta fasilitas Penn Dual Source dan Environmental X-ray Scattering (DEXS) di LRSM. 

 

Hasil dari kedua teknik ini membentuk kumpulan data yang kaya yang memungkinkan para peneliti memperbarui model yang dipahami sebelumnya tentang bagaimana proses degradasi ini terjadi.  Instrumen ini memungkinkan tim untuk mengidentifikasi langkah penting selama pelepasan: pembentukan lapisan SEI tebal pada permukaan emas berpori

 

 Para peneliti percaya bahwa wawasan yang diperoleh untuk emas nanoporous memiliki implikasi luas untuk bahan anoda tipe paduan lain yang sangat dipelajari dan menjanjikan seperti silikon dan timah. Memahami mekanisme bagaimana anoda ini terdegradasi dari waktu ke waktu akan memungkinkan para peneliti untuk merancang bahan baterai dengan kepadatan energi tinggi yang tahan lama.

 

 Reference: “Insights into the Degradation Mechanism of Nanoporous Alloy-Type Li-Ion Battery Anodes” by John S. Corsi, Samuel S. Welborn, Eric A. Stach and Eric Detsi, 12 April 2021, ACS Energy Letters.