Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Teknologi

Katoda baru, elektrolit memungkinkan baterai berdaya tinggi yang sebelumnya dianggap tidak mungkin – ScienceDaily


Baterai magnesium telah lama dianggap sebagai alternatif yang berpotensi lebih aman dan lebih murah untuk baterai lithium-ion, tetapi versi sebelumnya sangat terbatas dalam daya yang mereka berikan.

Para peneliti dari University of Houston dan Toyota Research Institute of North America (TRINA) melaporkan dalam Energi Alam bahwa mereka telah mengembangkan katoda dan elektrolit baru – yang sebelumnya merupakan faktor pembatas untuk baterai magnesium berenergi tinggi – untuk mendemonstrasikan baterai magnesium yang mampu beroperasi pada suhu ruangan dan memberikan kepadatan daya yang sebanding dengan yang ditawarkan oleh baterai lithium-ion.

Karena kebutuhan untuk penyimpanan energi skala jaringan dan aplikasi lain menjadi lebih mendesak, para peneliti telah mencari alternatif yang lebih murah dan lebih mudah tersedia untuk lithium.

Ion magnesium menahan muatan litium dua kali lipat, namun memiliki radius ionik yang serupa. Akibatnya, disosiasi magnesium dari elektrolit dan difusinya di elektroda, dua proses penting yang terjadi di katoda interkalasi klasik, lamban pada suhu kamar, yang menyebabkan kinerja daya rendah.

Salah satu pendekatan untuk mengatasi tantangan ini adalah dengan meningkatkan reaksi kimia pada suhu tinggi. Yang lain menghindari kesulitan dengan menyimpan kation magnesium dalam bentuknya yang kompleks. Tidak ada pendekatan yang praktis.

Yan Yao, Profesor Cullen Teknik Elektro dan Komputer di University of Houston dan penulis koresponden lainnya untuk makalah tersebut, mengatakan hasil terobosan datang dari penggabungan katoda kuinon organik dan larutan elektrolit berbasis cluster boron yang disesuaikan.

“Kami mendemonstrasikan kimia redoks enolisasi heterogen untuk membuat katoda yang tidak terhambat oleh disosiasi ionik dan tantangan difusi solid-state yang telah mencegah baterai magnesium beroperasi secara efisien pada suhu kamar,” kata Yao. “Kelas baru kimia redoks ini melewati kebutuhan interkalasi solid-state sementara hanya menyimpan magnesium, alih-alih bentuknya yang rumit, menciptakan paradigma baru dalam desain elektroda baterai magnesium.”

Yao, yang juga peneliti utama di Texas Center for Superconductivity di UH (TcSUH), adalah pemimpin dalam pengembangan baterai ion logam multivalen. Kelompoknya baru-baru ini menerbitkan artikel ulasan di Energi Alam pada peta jalan menuju baterai multivalen yang lebih baik.

Peneliti TRINA telah membuat kemajuan luar biasa dalam bidang baterai magnesium, termasuk mengembangkan elektrolit efisien yang sangat dikenal berdasarkan anion gugus boron. Namun, elektrolit ini memiliki keterbatasan dalam mendukung kecepatan siklus baterai yang tinggi.

“Kami memiliki petunjuk bahwa elektrolit berdasarkan anion yang berkoordinasi lemah ini pada prinsipnya dapat memiliki potensi untuk mendukung tingkat perputaran yang sangat tinggi, jadi kami bekerja untuk menyesuaikan properti mereka,” kata Rana Mohtadi, Ilmuwan Utama di departemen penelitian material di TRINA dan rekannya. -Penulis yang sesuai. “Kami menangani ini dengan mengalihkan perhatian kami ke pelarut untuk mengurangi pengikatannya pada ion magnesium dan meningkatkan kinetika transpor massal.”

“Kami terpesona bahwa lapisan magnesium dari elektrolit yang dimodifikasi tetap mulus bahkan di bawah tingkat siklus yang sangat tinggi. Kami yakin ini mengungkap aspek baru dalam elektrokimia baterai magnesium.”

Pekerjaan ini sebagian merupakan kelanjutan dari upaya sebelumnya yang dijelaskan pada tahun 2018 di Joule dan melibatkan banyak peneliti yang sama. Selain Yao dan Mohtadi, rekan penulis termasuk penulis pertama Hui Dong, sebelumnya anggota lab Yao dan sekarang peneliti post-doktoral di University of Texas di Austin, dan Oscar Tutusaus dari TRINA; Yanliang Liang dan Ye Zhang dari UH dan TcSUH; dan Zachary Lebens-Higgins dan Wanli Yang dari Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley. Lebens-Higgins juga berafiliasi dengan Universitas Binghamton.

“Baterai baru hampir dua lipat lebih tinggi dari kepadatan daya yang dicapai oleh baterai magnesium sebelumnya,” kata Dong. “Baterai mampu terus beroperasi selama lebih dari 200 siklus dengan sekitar 82% kapasitas retensi, menunjukkan stabilitas tinggi. Kami selanjutnya dapat meningkatkan stabilitas siklus dengan menyesuaikan properti membran dengan kemampuan trapping menengah yang ditingkatkan.”

Tutusaus mengatakan pekerjaan tersebut menyarankan langkah selanjutnya menuju baterai magnesium berkinerja tinggi.

“Hasil kami menetapkan arah untuk mengembangkan bahan katoda berkinerja tinggi dan solusi elektrolit untuk baterai magnesium dan menemukan kemungkinan baru untuk menggunakan logam padat energi untuk penyimpanan energi yang cepat,” katanya.

Sumber Cerita:

Materi disediakan oleh Universitas Houston. Asli ditulis oleh Jeannie Kever. Catatan: Konten dapat diedit gaya dan panjangnya.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Data Sidney