source :Massachusetts Institute of Technology
Peneliti baterai setuju bahwa salah satu kemungkinan paling menjanjikan untuk teknologi baterai masa depan adalah baterai lithium-oxygen (atau lithium-oxygen), yang dapat memberikan kekuatan tiga kali lebih banyak untuk bobot yang diberikan seperti teknologi terdepan, baterai lithium-ion. Namun, tes berbagai pendekatan untuk menciptakan baterai semacam itu telah menghasilkan hasil yang bertentangan dan membingungkan, serta kontroversi mengenai bagaimana menjelaskannya.
Sekarang, sebuah tim di MIT telah melakukan tes terperinci yang tampaknya bisa menyelesaikan pertanyaan seputar satu bahan yang menjanjikan untuk baterai semacam itu: sebuah senyawa yang disebut lithium iodide (LiI). Senyawa ini adalah solusi yang mungkin untuk beberapa masalah baterai lithium-air, termasuk ketidakmampuan untuk mempertahankan banyak siklus pengisian-pengosongan, namun temuan yang saling bertentangan telah menimbulkan pertanyaan tentang kegunaan materi untuk tugas ini. Studi baru ini menjelaskan perbedaan ini, dan meskipun ini menunjukkan bahwa materi tersebut mungkin tidak sesuai, pekerjaan tersebut memberikan panduan untuk upaya mengatasi kelemahan LiI atau menemukan bahan alternatif.
Hasil baru tersebut muncul di jurnal Energy and Environmental Science, dalam sebuah makalah oleh Yang Shao-Horn, MIT's W.M. Keck Profesor Energi; Paula Hammond, David H. Koch Profesor Teknik dan Kepala Departemen Teknik Kimia; Michal Tulodziecki, sebuah postdoc MIT baru-baru ini di Laboratorium Penelitian Elektronika; Graham Leverick, seorang mahasiswa pascasarjana MIT; Yu Katayama, seorang siswa yang sedang berkunjung; Dan tiga lainnya.
Janji baterai lithium-air berasal dari fakta salah satu dari dua elektroda, yang biasanya terbuat dari logam atau oksida logam, diganti dengan udara yang mengalir masuk dan keluar dari baterai; Bahan tanpa bobot diganti dengan salah satu komponen berat. Elektroda lain dalam baterai semacam itu adalah lithium metalik murni, elemen ringan.
Tapi janji teoretis itu terbatas dalam praktik karena tiga masalah: kebutuhan akan voltase tinggi untuk pengisian daya, efisiensi rendah berkenaan dengan mendapatkan kembali jumlah energi yang dimasukkan ke dalam, dan siklus hidup yang rendah, yang berakibat ketidakstabilan pada baterai oksigen. Elektroda Periset telah mengusulkan penambahan lithium iodide dalam elektrolit sebagai cara untuk mengatasi masalah ini. "Sementara yang lain menunjukkan bahwa kehadiran LiI menyebabkan reaksi ireversibel dan siklus baterai yang buruk," kata Shao-Horn.
Sebelumnya, "sebagian besar penelitian difokuskan pada bahan organik" untuk membuat baterai lithium-air layak dilakukan, kata Michal Tulodziecki, penulis utama paper ini. Tapi sebagian besar senyawa organik ini tidak stabil, katanya, "dan karena itulah ada fokus besar pada litium iodida [bahan anorganik], yang oleh beberapa makalah membantu baterai mencapai ribuan siklus. Kerusakan baterai. " Dalam studi baru ini, dia mengatakan, "Kami mengeksplorasi secara rinci bagaimana proses iodida lithium mempengaruhi proses, dengan dan tanpa air," sebuah perbandingan yang ternyata signifikan.
Tim melihat peran LiI pada discharge baterai lithium-air, menggunakan pendekatan yang berbeda dari kebanyakan penelitian lainnya. Satu set penelitian dilakukan dengan komponen di luar baterai, yang memungkinkan peneliti untuk melakukan nol pada satu bagian reaksi, sementara penelitian lainnya dilakukan di baterai, untuk membantu menjelaskan keseluruhan proses.
Mereka kemudian menggunakan spektroskopi ultraviolet dan spektroskopi cahaya dan teknik lainnya untuk mempelajari reaksi yang terjadi. Kedua proses ini mendorong produksi senyawa litium yang berbeda seperti LiOH (litium hidroksida) dengan adanya Li dan air, bukan Li 2 O 2 (litium peroksida). LiI dapat meningkatkan reaktivitas air dan memudahkan proton, yang mendorong pembentukan LiOH di baterai ini dan mengganggu proses pengisian. Pengamatan ini menunjukkan bahwa menemukan cara untuk menekan reaksi ini bisa membuat senyawa seperti LiI bekerja lebih baik.
Studi ini dapat menunjukkan cara memilih senyawa yang berbeda, bukan LiI untuk menjalankan fungsinya yang dimaksudkan untuk menekan reaksi kimia yang tidak diinginkan pada permukaan elektroda, kata Leverick, menambahkan bahwa karya ini menunjukkan pentingnya "melihat mekanisme terperinci dengan seksama."
Shao-Horn mengatakan bahwa temuan baru ini "membantu mencapai dasar dari kontroversi yang ada mengenai peran LiI saat ini. Kami percaya ini menjelaskan dan menyatukan semua sudut pandang yang berbeda ini."
Tapi pekerjaan ini hanya satu langkah dalam proses panjang mencoba membuat teknologi lithium-air praktis, kata periset. "Ada banyak hal yang bisa dimengerti," kata Leverick, "jadi tidak ada kertas yang bisa mengatasinya, tapi kita akan membuat kemajuan yang konsisten."
Peneliti baterai setuju bahwa salah satu kemungkinan paling menjanjikan untuk teknologi baterai masa depan adalah baterai lithium-oxygen (atau lithium-oxygen), yang dapat memberikan kekuatan tiga kali lebih banyak untuk bobot yang diberikan seperti teknologi terdepan, baterai lithium-ion. Namun, tes berbagai pendekatan untuk menciptakan baterai semacam itu telah menghasilkan hasil yang bertentangan dan membingungkan, serta kontroversi mengenai bagaimana menjelaskannya.
Sekarang, sebuah tim di MIT telah melakukan tes terperinci yang tampaknya bisa menyelesaikan pertanyaan seputar satu bahan yang menjanjikan untuk baterai semacam itu: sebuah senyawa yang disebut lithium iodide (LiI). Senyawa ini adalah solusi yang mungkin untuk beberapa masalah baterai lithium-air, termasuk ketidakmampuan untuk mempertahankan banyak siklus pengisian-pengosongan, namun temuan yang saling bertentangan telah menimbulkan pertanyaan tentang kegunaan materi untuk tugas ini. Studi baru ini menjelaskan perbedaan ini, dan meskipun ini menunjukkan bahwa materi tersebut mungkin tidak sesuai, pekerjaan tersebut memberikan panduan untuk upaya mengatasi kelemahan LiI atau menemukan bahan alternatif.
Hasil baru tersebut muncul di jurnal Energy and Environmental Science, dalam sebuah makalah oleh Yang Shao-Horn, MIT's W.M. Keck Profesor Energi; Paula Hammond, David H. Koch Profesor Teknik dan Kepala Departemen Teknik Kimia; Michal Tulodziecki, sebuah postdoc MIT baru-baru ini di Laboratorium Penelitian Elektronika; Graham Leverick, seorang mahasiswa pascasarjana MIT; Yu Katayama, seorang siswa yang sedang berkunjung; Dan tiga lainnya.
Janji baterai lithium-air berasal dari fakta salah satu dari dua elektroda, yang biasanya terbuat dari logam atau oksida logam, diganti dengan udara yang mengalir masuk dan keluar dari baterai; Bahan tanpa bobot diganti dengan salah satu komponen berat. Elektroda lain dalam baterai semacam itu adalah lithium metalik murni, elemen ringan.
Tapi janji teoretis itu terbatas dalam praktik karena tiga masalah: kebutuhan akan voltase tinggi untuk pengisian daya, efisiensi rendah berkenaan dengan mendapatkan kembali jumlah energi yang dimasukkan ke dalam, dan siklus hidup yang rendah, yang berakibat ketidakstabilan pada baterai oksigen. Elektroda Periset telah mengusulkan penambahan lithium iodide dalam elektrolit sebagai cara untuk mengatasi masalah ini. "Sementara yang lain menunjukkan bahwa kehadiran LiI menyebabkan reaksi ireversibel dan siklus baterai yang buruk," kata Shao-Horn.
Sebelumnya, "sebagian besar penelitian difokuskan pada bahan organik" untuk membuat baterai lithium-air layak dilakukan, kata Michal Tulodziecki, penulis utama paper ini. Tapi sebagian besar senyawa organik ini tidak stabil, katanya, "dan karena itulah ada fokus besar pada litium iodida [bahan anorganik], yang oleh beberapa makalah membantu baterai mencapai ribuan siklus. Kerusakan baterai. " Dalam studi baru ini, dia mengatakan, "Kami mengeksplorasi secara rinci bagaimana proses iodida lithium mempengaruhi proses, dengan dan tanpa air," sebuah perbandingan yang ternyata signifikan.
Tim melihat peran LiI pada discharge baterai lithium-air, menggunakan pendekatan yang berbeda dari kebanyakan penelitian lainnya. Satu set penelitian dilakukan dengan komponen di luar baterai, yang memungkinkan peneliti untuk melakukan nol pada satu bagian reaksi, sementara penelitian lainnya dilakukan di baterai, untuk membantu menjelaskan keseluruhan proses.
Mereka kemudian menggunakan spektroskopi ultraviolet dan spektroskopi cahaya dan teknik lainnya untuk mempelajari reaksi yang terjadi. Kedua proses ini mendorong produksi senyawa litium yang berbeda seperti LiOH (litium hidroksida) dengan adanya Li dan air, bukan Li 2 O 2 (litium peroksida). LiI dapat meningkatkan reaktivitas air dan memudahkan proton, yang mendorong pembentukan LiOH di baterai ini dan mengganggu proses pengisian. Pengamatan ini menunjukkan bahwa menemukan cara untuk menekan reaksi ini bisa membuat senyawa seperti LiI bekerja lebih baik.
Studi ini dapat menunjukkan cara memilih senyawa yang berbeda, bukan LiI untuk menjalankan fungsinya yang dimaksudkan untuk menekan reaksi kimia yang tidak diinginkan pada permukaan elektroda, kata Leverick, menambahkan bahwa karya ini menunjukkan pentingnya "melihat mekanisme terperinci dengan seksama."
Shao-Horn mengatakan bahwa temuan baru ini "membantu mencapai dasar dari kontroversi yang ada mengenai peran LiI saat ini. Kami percaya ini menjelaskan dan menyatukan semua sudut pandang yang berbeda ini."
Tapi pekerjaan ini hanya satu langkah dalam proses panjang mencoba membuat teknologi lithium-air praktis, kata periset. "Ada banyak hal yang bisa dimengerti," kata Leverick, "jadi tidak ada kertas yang bisa mengatasinya, tapi kita akan membuat kemajuan yang konsisten."
No comments:
Post a Comment