Desain terintegrasi memberikan ruang baterai lithium-air untuk bernapas dengan aman | Penelitian

Desain terintegrasi memberikan ruang baterai lithium-air untuk bernapas dengan aman |  Penelitian post thumbnail image

Diskon terkini Data SGP 2020 – 2021.

Jenis baterai lithium-air baru yang diluncurkan oleh para peneliti di China menggabungkan kapasitas yang lebih tinggi, siklus hidup yang lebih lama dan stabilitas yang lebih besar daripada baterai yang sebanding, kata para ilmuwan. Perangkat, yang memiliki elektrolit zeolit ​​padat yang terintegrasi dengan dua elektroda, dapat menandai langkah signifikan menuju kelangsungan hidup baterai tersebut untuk kendaraan listrik dan penyimpanan energi.

Baterai litium-udara biasanya menggunakan anoda litium murni dan beberapa bentuk karbon berpori di katoda. Ketika baterai habis, ion lithium mengalir dari anoda ke katoda, di mana mereka bertemu elektron yang mengalir melalui sirkuit luar dan bereaksi dengan oksigen dari udara. Saat baterai diisi ulang, proses ini dibalik. Karena litium sangat elektropositif dan sangat ringan serta udara secara efektif tidak bermassa, baterai litium-udara memiliki kepadatan energi spesifik maksimum teoretis tertinggi dari semua jenis baterai.

Namun, dalam praktiknya, merancang perangkat isi ulang yang layak terbukti sangat menantang. Reaktivitas ekstrim litium adalah pedang bermata dua: ia memungkinkan penyimpanan energi dalam jumlah besar, tetapi melepaskan energi itu dengan cara yang terkendali, aman, dan dapat dibalik itu sulit. Desain pertama menggunakan berbagai elektrolit cair. Namun, litium bereaksi keras dengan air, yang menimbulkan masalah pada elektrolit berair, dan elektrolit organik rentan terhadap reaksi samping. ‘Ketidakstabilan termodinamika intrinsik Lithium menyebabkan reaksi terus menerus dan tidak dapat diubah antara anoda dan elektrolit organik, menghasilkan dekomposisi elektrolit, yang disertai dengan korosi pada anoda logam litium,’ jelas Jijing Xu dari Universitas Jilin di Changchun. Sebuah ‘pemisah’ konduktif ionik biasanya disertakan untuk melindungi litium, namun demikian menempatkan sistem seperti itu – terutama jika mengandung elektrolit organik yang mudah terbakar – dalam baterai yang harus terbuka ke udara menimbulkan masalah keamanan yang serius.

Gambar yang menunjukkan konstruksi dan reversibilitas baterai terintegrasi dengan C-LiXZM

Oleh karena itu, para peneliti semakin bergerak menuju elektrolit padat. Namun, hal ini menimbulkan masalah tersendiri: agar baterai dapat bekerja secara efisien, bahan elektrolit harus memiliki konduktivitas ionik yang tinggi, konduktivitas listrik yang rendah, dan menjaga kontak yang baik dengan elektroda litium untuk meminimalkan hambatan kontak. Akhirnya, ia tidak boleh bereaksi dengan litium atau oksigen saat bersiklus secara elektrokimia. Menemukan materi semacam itu terbukti rumit.

Xu dan rekannya menanam nanotube karbon yang didoping nitrogen pada jaring baja tahan karat dengan deposisi uap kimia untuk membentuk katoda mereka. Mereka kemudian menambahkan lapisan zeolit ​​yang mengandung litium yang sangat monokristalin dan setebal 5μm untuk bertindak sebagai elektrolit. Akhirnya, mereka melemparkan litium cair langsung ke bagian belakang ini untuk membentuk anoda. ‘Ini adalah desain katoda / elektrolit / anoda terintegrasi pertama untuk baterai lithium-udara,’ jelas Jihong Yu, juga dari Universitas Jilin, yang memimpin penelitian bersama Xu.

Gambar yang menunjukkan SSLAB terintegrasi dengan C-LiXZM yang menggerakkan kendaraan udara tak berawak kecil

Para peneliti menguji produk mereka terhadap berbagai jenis baterai lithium-air, menemukan bahwa produk mereka lebih unggul dalam beberapa cara. Terlepas dari ketipisannya, zeolit ​​melindungi anoda logam dari korosi oleh oksigen untuk lipat lebih lama dari elektrolit solid-state komersial standar dan memberikan isolasi listrik yang sangat baik, sekaligus lebih konduktif dari ion litium. Sementara stabilitas siklus dari banyak jenis baterai lithium-air solid-state lain mulai menurun, terkadang setelah hanya 10 siklus pengisian / pengosongan, baterai mereka bekerja mendekati kapasitas maksimum selama hampir 150 siklus. Pada titik ini, litium karbonat – yang dihasilkan saat litium bereaksi dengan karbon dioksida yang terbentuk dalam reaksi samping – mulai menonaktifkan katoda. Ini adalah masalah umum dalam baterai lithium-air, Yu menjelaskan, sebagai ‘pengembangan CO2 membran penyerap atau pemblokiran selektif pada permukaan katoda atau eksplorasi dan konstruksi katoda bebas karbon yang lebih stabil dianggap sebagai pilihan yang efektif untuk mengurangi pembentukan litium karbonat ‘. Para peneliti sekarang bekerja untuk memperluas desain membran zeolit ​​mereka di luar baterai lithium-air menjadi jenis baterai lithium lainnya, serta baterai natrium dan magnesium dan seterusnya.

‘Kemajuan bahan zeolit ​​sangat menarik – tidak ada keraguan tentang itu,’ kata Shirley Meng dari Universitas California, San Diego. ‘Dalam hal performa baterai, saya tidak mungkin mengevaluasi kemajuannya karena pelaporannya tidak mengikuti praktik umum kami di lapangan. Terlepas dari itu – saya senang melihat bahwa tim mereka sedang mengerjakan salah satu masalah tersulit di bidang kami, dan membuat kemajuan yang baik. ‘

Tags:

Related Post