Sambil memastikan pengoperasian yang aman, tantangan besar dalam meningkatkan penyimpanan energi dan memperpanjang masa pakai baterai menjadi semakin penting, karena kita semakin bergantung pada energi ini dari perangkat portabel hingga kendaraan listrik. Tim teknik Universitas Columbia yang dipimpin oleh Yuan Yang, asisten profesor ilmu dan teknik material, mengumumkan pada 22 April 2019 bahwa mereka telah mengembangkan metode baru untuk menstabilkan baterai logam litium dengan menanamkan pelapis nano boron nitrida. Elektrolit padat, dengan demikian memperpanjang masa pakai baterai dengan aman, temuan penelitiannya dipublikasikan di "Joule". Baterai lithium-ion tradisional saat ini banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, tetapi kepadatan energinya rendah, sehingga masa pakai baterai pendek.
Dan karena baterai mengandung cairan elektrolit yang sangat mudah terbakar, baterai dapat mengalami korsleting atau bahkan terbakar. Mengganti anoda grafit yang digunakan dalam baterai litium-ion dengan logam litium dapat meningkatkan kepadatan energi: kapasitas pengisian teoretis logam litium hampir 10 kali lebih tinggi daripada grafit. Namun pada proses elektroplating litium sering kali terbentuk dendrit yang menembus separator di tengah aki akan menyebabkan korsleting dan membuat orang khawatir akan keamanan aki. Tim peneliti memutuskan untuk fokus pada elektrolit keramik padat. Dibandingkan dengan elektrolit yang mudah terbakar dalam baterai lithium-ion tradisional, mereka telah menunjukkan potensi besar dalam meningkatkan keamanan dan kepadatan energi. Baterai litium solid-state isi ulang sangat diminati karena merupakan kandidat yang menjanjikan untuk penyimpanan energi generasi mendatang. Sebagian besar elektrolit padat terbuat dari keramik, sehingga tidak mudah terbakar dan menghilangkan bahaya keselamatan.
- Film boron nitrida (BN) buatan secara kimiawi dan mekanis tahan terhadap litium. Film ini secara elektronik mengisolasi litium aluminium titanium fosfat (LATP) dari litium, tetapi masih dapat terbentuk saat disusupi oleh polioksietilen (PEO) Saluran ion yang stabil untuk mencapai sirkulasi yang stabil. Gambar: Teknik Qian Cheng / Columbia
Selain itu, elektrolit keramik padat memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, yang justru dapat menghambat pertumbuhan dendrit litium, menjadikan logam litium sebagai pilihan pelapis untuk anoda baterai. Namun, sebagian besar elektrolit padat tidak stabil terhadap ion litium, mudah terkorosi oleh litium logam, dan tidak dapat digunakan dalam baterai. Qian Cheng, penulis pertama makalah dan ilmuwan pascadoktoral di Departemen Fisika Terapan dan Matematika Terapan, mengatakan: Logam litium sangat diperlukan untuk meningkatkan kepadatan energi, jadi sangat penting bagi kita untuk menggunakannya sebagai anoda untuk elektrolit padat. Untuk menyesuaikan elektrolit padat yang tidak stabil ini ke aplikasi praktis, perlu dikembangkan antarmuka yang stabil secara kimiawi dan mekanis untuk melindungi elektrolit padat ini dari anoda litium.
Untuk mengangkut ion litium, antarmuka tidak hanya harus memiliki isolasi elektronik tingkat tinggi, tetapi juga memiliki konduktivitas ion, yang sangat penting. Selain itu, antarmuka harus sangat tipis untuk menghindari pengurangan kepadatan energi baterai. Untuk memenuhi tantangan ini, tim bekerja dengan rekan dari Brookhaven National Lab dan City University of New York. Film nano boron nitrida (BN) 5-10nm disimpan sebagai lapisan pelindung untuk mengisolasi kontak listrik antara litium logam dan konduktor ionik (elektrolit padat), dan sejumlah kecil polimer atau elektrolit cair ditambahkan untuk menembus antarmuka elektroda / elektrolit. BN dipilih sebagai lapisan pelindung karena secara kimiawi dan mekanis stabil dengan litium logam dan memberikan isolasi listrik tingkat tinggi. Lapisan boron nitrida dirancang untuk memiliki cacat bawaan yang dapat dilalui ion litium, menjadikannya pemisah yang sangat baik.
(Ilustrasi) Gambar kiri menunjukkan bahwa partikel litium aluminium titanium fosfat (LATP) yang bersentuhan dengan logam litium akan segera berkurang, dan reaksi samping yang serius antara litium dan elektrolit padat akan menyebabkan baterai rusak dalam beberapa siklus. Di sebelah kanan ditampilkan film boron nitrida buatan yang secara kimiawi dan mekanis tahan terhadap litium. Ini mengisolasi LATP dari lithium secara elektronik, tetapi ketika diserap oleh polietilen oksida (PEO), ia masih dapat menyediakan saluran ion yang stabil untuk mencapai sirkulasi yang stabil. Foto: Teknik Qian Cheng / Columbia
Selain itu, pembuatan boron nitrida dengan deposisi uap kimia mudah untuk membentuk skala besar (level ~ dm), skala tipis atom (level ~ nm) dan film kontinu. Meskipun penelitian awal menggunakan lapisan pelindung polimer dengan ketebalan hanya 200 mikron, film pelindung BN yang baru diteliti dengan ketebalan hanya 5 hingga 10 nanometer masih sangat tipis pada batas lapisan pelindung ini, tanpa mengurangi kepadatan energi baterai. Ini adalah bahan sempurna yang dapat bertindak sebagai penghalang untuk mencegah litium logam memasuki elektrolit padat. Sama seperti rompi antipeluru, rompi antipeluru logam litium untuk elektrolit padat yang tidak stabil telah dikembangkan.Dengan inovasi ini, terwujud baterai logam litium dengan siklus hidup yang lama. Para peneliti saat ini sedang memperluas metode baru ini ke berbagai elektrolit padat yang tidak stabil dan lebih mengoptimalkan antarmuka, dengan harapan dapat menciptakan baterai solid-state siklus panjang yang berkinerja tinggi.
Brocade Park-Science Popularization Penelitian / Dari: Columbia University School of Engineering and Applied Science
Artikel jurnal referensi: "Joule"
DOI: 10.1016 / j.joule.2019.03.022
Taman Brocade-Menyampaikan Keindahan Ilmu Alam Semesta
(Kartu lingkaran telah ditambahkan di sini, silakan buka klien Toutiao untuk melihatnya)Di pojok kiri bawah [Pelajari lebih lanjut] Unduh aplikasi Boke Garden
- Roket tiga poin dari "pedang enam denyut" hingga tembakan kacau dan burung, Jerman dan si tampan bukanlah roulette 9 orang yang konservatif
- Paparan foto terbaru Chen Hao, 40 tahun: pejalan kaki telah menjadi latar belakang, dan dia pasti yang "berpikir"
- Tembok Besar telah bangkit sepenuhnya! Penjualan melonjak 16,82% di bulan Maret, H6 mendominasi Wulin, dan VV6 memimpin
- Mereka semua mengatakan bahwa kaki Shen Yue terlalu tebal. Setelah melihat foto-foto bandara, netizen tidak dapat mempercayainya.
- Entri 224 tenaga kuda, 18w memiliki penggerak empat roda, mengapa tidak ada yang membeli Roewe RX8 yang mendominasi?