Kunci masa pakai baterai yang lebih lama? Insinyur memecahkan misteri lithium-ion yang berusia puluhan tahun
Peneliti UT Dallas telah mengidentifikasi penyebab degradasi baterai linio₂ dan mengembangkan metode penguatan struktural yang dapat memungkinkan penggunaan komersial dalam baterai lithium-ion yang tahan lama.
Lithium Nickel Oxide (Linio₂) adalah bahan yang menjanjikan untuk baterai lithium-ion generasi berikutnya dengan rentang hidup yang lebih lama. Namun, komersialisasi telah terhalang oleh degradasi setelah siklus pengisian ulang berulang.
Para peneliti di University of Texas di Dallas telah mengidentifikasi penyebab kerusakan ini dan sedang menguji solusi yang dapat mengatasi hambatan besar untuk penggunaannya yang meluas. Temuan mereka baru -baru ini diterbitkan Din The Journal Bahan energi canggih.
Tim ini bertujuan untuk terlebih dahulu memproduksi baterai Linio₂ di laboratorium dan akhirnya berkolaborasi dengan mitra industri untuk membawa teknologi ke pasar.
“Degradasi baterai yang dibuat menggunakan linio2 telah menjadi masalah selama beberapa dekade, tetapi penyebabnya tidak dipahami dengan baik, ”kata Dr. Kyeongjae Cho, profesor ilmu material dan teknik di Sekolah Teknik dan Ilmu Komputer Erik Jonsson dan Direktur Baterai dan Energi untuk memajukan program komersialisasi dan keamanan nasional (Beacons). “Sekarang kami memiliki pemahaman yang jelas tentang mengapa ini terjadi, kami sedang mengerjakan solusi sehingga teknologinya dapat digunakan untuk memberikan masa pakai baterai yang lebih lama dalam berbagai produk termasuk ponsel dan kendaraan listrik.”
Penelitian ini adalah proyek Inisiatif Beacons Utd, yang diluncurkan pada tahun 2023 dengan $ 30 juta dari Departemen Pertahanan. Misi Beacons adalah untuk mengembangkan dan mengkomersilkan teknologi baterai dan proses manufaktur baru; meningkatkan ketersediaan domestik bahan baku kritis; dan melatih pekerja berkualitas tinggi untuk pekerjaan dalam tenaga kerja penyimpanan energi baterai yang berkembang.
Analisis komputasi kerusakan baterai
Untuk menentukan mengapa linio2 Baterai rusak selama fase terakhir pengisian daya, peneliti UT Dallas menganalisis proses menggunakan pemodelan komputasi. Studi ini melibatkan pemahaman reaksi kimia dan redistribusi elektron melalui bahan pada tingkat atom.
Dalam baterai lithium-ion, arus listrik mengalir keluar dari konduktor yang disebut katoda, yang merupakan elektroda positif, ke dalam anoda, elektroda negatif. Anoda biasanya terbuat dari grafit karbon, yang menampung lithium pada potensi yang lebih tinggi.
Selama pelepasan, ion lithium kembali ke katoda melalui elektrolit dan mengirim elektron kembali ke katoda yang mengandung lithium, sebagai reaksi elektrokimia yang menghasilkan listrik. Katoda biasanya terbuat dari campuran bahan yang mencakup kobalt, bahan langka yang bertujuan untuk diganti oleh para ilmuwan dengan alternatif, termasuk lithium nikel oksida.
Para peneliti Utd menemukan bahwa reaksi kimia yang melibatkan atom oksigen di linio2 menyebabkan bahan menjadi tidak stabil dan retak. Untuk menyelesaikan masalah ini, mereka mengembangkan solusi teoritis yang memperkuat materi dengan menambahkan ion, atau kation yang bermuatan positif, untuk mengubah sifat material, menciptakan “pilar” untuk memperkuat katoda.
Matthew Bergschneider, seorang mahasiswa Doktor Ilmu dan Teknik Material dan penulis pertama penelitian, telah mendirikan laboratorium berbasis robotika untuk memproduksi prototipe baterai untuk mengeksplorasi proses sintesis throughput tinggi dari linio Pilared Pilared yang dirancang2 katodes. Fitur robot akan membantu mensintesis, mengevaluasi, dan mengkarakterisasi materi.
“Kami akan membuat sejumlah kecil pada awalnya dan memperbaiki prosesnya,” kata Bergschneider, seorang lulusan Eugene McDermott. “Lalu, kami akan meningkatkan sintesis material dan memproduksi ratusan baterai per minggu di fasilitas Beacons. Ini semua adalah batu loncatan ke komersialisasi. “
Referensi: “Degradasi Mekanik oleh Redoks Anion di Linio2 Ditolak Melalui Parter” oleh Matthew Bergschneider, Fantai Kong, Patrick Conlin, Taesoon Hwang, Seok-Gwang Doo dan Kyeongjae Cho, 10 Desember 2024, Bahan energi canggih.
Doi: 10.1002/aenm.202403837
