Gunakan Pengisi Karbon untuk Meningkatkan Baterai Lithium-Ion Berenergi Tinggi

Elektroda tebal dengan tabung nano karbon berdinding tunggal (SWCNT) untuk sistem penyimpanan energi yang dapat diskalakan. Kredit: Zhengyu Ju dan Guihua Yu

Pengisi karbon konduktif dalam baterai lithium-ion memungkinkan daya tinggi dengan penyimpanan energi yang dapat dibalik.

Baterai lithium-ion adalah sumber utama energi yang dapat diisi ulang untuk banyak perangkat portabel dan bahkan untuk kendaraan listrik, tetapi penggunaannya terbatas, karena tidak memberikan daya tinggi sekaligus memungkinkan penyimpanan energi yang dapat dibalik. Penelusuran dilaporkan dalam Review Fisika Terapan, dari AIP Publishing, bertujuan untuk menawarkan solusi yang menunjukkan bagaimana penyertaan pengisi konduktif meningkatkan kinerja baterai.

Desain baterai yang optimal melibatkan struktur elektroda yang tebal. Hal ini meningkatkan kepadatan energi, tetapi konsep tersebut mengalami transpor ion litium yang buruk, langkah kunci dalam pengoperasian elektroda ini. Beberapa teknik peningkatan telah dicoba, termasuk pembuatan saluran yang sejajar secara vertikal atau pembuatan pori-pori dengan ukuran yang tepat untuk memfasilitasi pengangkutan ion litium.

Pendekatan lain melibatkan penggunaan pengisi yang terbuat dari karbon yang menghantarkan listrik. Studi ini mempertimbangkan tiga jenis pengisi: tabung nano karbon berdinding tunggal (SWCNTs), graphene nanosheets, dan zat yang dikenal sebagai Super P, sejenis partikel karbon hitam yang dihasilkan selama oksidasi prekursor minyak. Super P adalah pengisi konduktif yang paling banyak digunakan dalam baterai lithium-ion.

Pengisi ditambahkan ke jenis bahan elektroda yang dikenal sebagai NCM yang mengandung nikel, kobalt dan mangan. Para peneliti memeriksa komposit yang dihasilkan dengan pemindaian mikroskop elektron. Partikel Super P dan NCM ditemukan diatur dalam mode kontak titik-ke-titik.

Namun, SWCNT dibungkus di sekitar partikel NCM, membentuk lapisan konduktif. Selain itu, jaringan SWCNT yang saling berhubungan diamati di ruang antara partikel NCM. Nanosheet graphene juga dililitkan di sekitar partikel elektroda NCM tetapi tidak seragam seperti SWCNT.

SWCNT telah ditemukan sebagai pengisi konduktif terbaik untuk elektroda NCM.

“Konduktivitas yang diukur sesuai dengan teori perkolasi … Ketika pengisi konduktif secara elektrik ditambahkan ke matriks isolasi, peningkatan konduktivitas yang signifikan akan terjadi setelah jalur konduksi pertama melalui komposit terbentuk,” katanya. kata Guihua Yu, salah satu penulis.

Karena perkolasi membutuhkan jalur yang lengkap untuk pengisi, diperlukan pengisi konduktif dalam jumlah yang cukup. Oleh karena itu, para peneliti mempertimbangkan jumlah pengisi yang berbeda dan menemukan bahwa kombinasi elektroda NCM dengan hanya 0,16% berat SWCNT menghasilkan konduktivitas listrik yang baik. Jumlah Super P dan graphene yang lebih tinggi dibutuhkan untuk mencapai hasil yang sama.

Para peneliti menggunakan beberapa teknik spektroskopi, termasuk Raman dan spektroskopi serapan sinar-X, untuk mempelajari senyawa yang dihasilkan.

“Ini adalah upaya kolaboratif oleh Center for Mesoscale Transportation Properties, Pusat Riset Perbatasan Energi yang didukung oleh program Ilmu Energi Dasar Departemen Energi AS. Hasil kami menunjukkan bahwa integrasi SWCNT ke dalam elektroda NCM memfasilitasi transfer dan pengisian ion. Ini akan mengarah pada pemanfaatan elektrokimia yang lebih tinggi, terutama pada tingkat pembuangan yang tinggi, ”kata Yu.

Referensi: “Mengungkap efek dimensionalitas pengisi konduktif dalam elektroda baterai tebal untuk sistem penyimpanan energi tebal yang ditampilkan” oleh Zhengyu Ju, Xiao Zhang, Steven T. King, Calvin D. Quilty, Yue Zhu, Kenneth J. Takeuchi, Esther S. Takeuchi , David C. Bock, Lei Wang, Amy C. Marschilok dan Guihua Yu, 10 November 2020, Ulasan Fisika Terapan.
DOI: 10.1063 / 5.0024123

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Mineralogi Hangat Global Mengelola Pusat Perlindungan Kehidupan Batin

Tim lapangan DeMMO dari kiri ke kanan: Lily Momper, Brittany Kruger, dan Caitlin Casar mengambil sampel air yang meledak dari toilet DeMMO. Pendanaan:...

Genom manusia modern tertua, direkonstruksi menggunakan DNA tengkorak berusia 45 tahun

Tengkorak dari Gua Zlatyk dekat Praha ini adalah milik orang modern paling awal yang diketahui di Eropa. Penulis: Marek Jantach Tengkorak fosil seorang wanita...

Peralihan rahasia yang luar biasa terbuka yang dapat merevolusi pengobatan serangan jantung

Para peneliti di Victor Chang Institute for Heart Research di Sydney telah menemukan gen baru yang penting yang kami harap dapat membantu jantung manusia...

Newsletter

Subscribe to stay updated.