Koleksi

Penelitian Baru Memperluas Penggunaan Silikon dalam Baterai

Penelitian Baru Memperluas Penggunaan Silikon dalam Baterai

Baterai lithium-ion saat ini cukup efisien karena perbaikan yang dilakukan oleh para peneliti yang mengganti anoda grafit baterai dengan yang terbuat dari silikon. Sekarang, pekerjaan baru dari Drexel University dan Trinity College di Irlandia berusaha untuk meningkatkan efisiensi lebih jauh dengan memperkuat anoda silikon dengan bahan yang disebut MXene.

"Anoda silikon diproyeksikan untuk menggantikan anoda grafit dalam baterai Li-ion dengan dampak yang sangat besar pada jumlah energi yang disimpan," kata Yury Gogotsi, PhD, Distinguished University dan Profesor Bach di Drexel's College of Engineering dan direktur A.J. Drexel Nanomaterials Institute di Departemen Ilmu dan Teknik Material, yang merupakan rekan penulis penelitian.

"Kami telah menemukan bahwa menambahkan bahan MXene ke anoda silikon dapat cukup menstabilkannya untuk benar-benar digunakan dalam baterai."

Baterai berfungsi dengan menahan muatan di elektroda, katoda, dan anoda. Muatan ini dikirim ke perangkat kami saat ion bergerak dari anoda ke katoda dan ketika ion kembali ke anoda, baterai diisi ulang.

Anoda silikon dapat menerima hingga empat ion litium, sedangkan pada anoda grafit, enam atom karbon hanya menerima satu litium. Mengganti grafit dengan silikon sebagai bahan utama dalam anoda Li-ion akan meningkatkan efisiensinya, tetapi ada satu masalah. Silikon mengembang saat mengisi daya hingga bisa pecah.

Solusi MXene

Untuk mengatasi masalah ini, para peneliti mengembangkan metode baru untuk mencampurkan bubuk silikon ke dalam larutan MXene. Hasilnya adalah anoda silikon-MXene hibrida.

"MXene adalah kunci untuk membantu silikon mencapai potensinya dalam baterai," kata Gogotsi.

"Karena MXene adalah material dua dimensi, ada lebih banyak ruang untuk ion di anoda, dan mereka dapat bergerak lebih cepat ke dalamnya - sehingga meningkatkan kapasitas dan konduktivitas elektroda. Mereka juga memiliki kekuatan mekanik yang sangat baik, jadi silikon- Anoda MXene juga cukup tahan lama hingga ketebalan 450 mikron. "

MXenes terdiri dari bahan keramik berlapis terukir secara kimiawi yang disebut fase MAX. Peneliti telah menghasilkan lebih dari 30 jenis MXene hingga saat ini.

Tim peneliti menggunakan dua di antaranya untuk membuat anoda silikon-MXene dan menemukan bahwa semua sampel anoda menunjukkan kapasitas lithium-ion yang lebih tinggi daripada anoda grafit atau silikon-karbon konvensional. Mereka melaporkan konduktivitas yang lebih tinggi hingga 100 hingga 1.000 kali lebih efisien.

"Jaringan berkelanjutan dari lembaran nano MXene tidak hanya menyediakan konduktivitas listrik yang cukup dan ruang kosong untuk mengakomodasi perubahan volume tetapi juga mengatasi ketidakstabilan mekanis Si," tulis mereka.

"Oleh karena itu, kombinasi tinta MXene yang kental dan Si berkapasitas tinggi yang ditunjukkan di sini menawarkan teknik yang kuat untuk membangun struktur nano yang canggih dengan kinerja yang luar biasa."

Para peneliti juga mencatat bahwa teknik anoda MXene cocok untuk produksi massal. Studi ini dipublikasikan diKomunikasi Alam.


Tonton videonya: Proses Membuat Baterai Mobil Listrik (September 2021).