Kemajuan Material Baru untuk Baterai Solid State Tegangan Tinggi Stabil Tahan Lama

Sebuah tim peneliti telah merancang dan membuat konduktor natrium-ion baru untuk baterai ion natrium padat yang stabil bila dimasukkan ke dalam katoda oksida tegangan tinggi. Elektrolit padat baru ini dapat secara dramatis meningkatkan efisiensi dan umur baterai kelas ini. Uji baterai konsep yang dibuat dengan bahan baru berlangsung lebih dari 1000 siklus sambil mempertahankan 89,3% dari kapasitasnya – kinerja yang tak tertandingi oleh baterai natrium solid-state lainnya hingga saat ini.

Para peneliti merinci temuan mereka dalam edisi 23 Februari 2021 Komunikasi Alam.

Baterai solid state menjanjikan baterai yang lebih aman, lebih ekonomis, dan tahan lama. Bahan kimia natrium-ion sangat menjanjikan karena natrium berbiaya rendah dan berlimpah, berbeda dengan litium yang dibutuhkan untuk baterai litium-ion, yang dieksploitasi dengan biaya lingkungan yang tinggi. Tujuannya adalah untuk membangun baterai yang dapat digunakan dalam aplikasi penyimpanan energi skala besar, khususnya untuk menyimpan energi yang dihasilkan dari sumber energi terbarukan untuk mengurangi permintaan puncak.

“Industri menginginkan baterai pada tingkat sel berharga dari $ 30 hingga $ 50 per kWh,” sekitar sepertiga hingga seperlima dari biaya saat ini, kata Shirley Meng, seorang profesor rekayasa nano di Universitas California San Diego, dan salah satu penulis makalah yang sesuai. “Kami tidak akan berhenti sampai kami tiba di sana.”


Unit ZrCl6 ditampilkan di sini berputar, menciptakan kekosongan, yang meningkatkan konduktivitas. Kredit: Universitas California

Karya ini merupakan kolaborasi antara peneliti di UC San Diego dan UC Santa Barbara, Universitas Stony Brook, Pusat Penelitian dan Pendidikan TCG dalam Sains dan Teknologi di Kolkata, India, dan Shell International Exploration, Inc.

Untuk baterai yang dijelaskan dalam studi Komunikasi Alam, para peneliti yang dipimpin oleh profesor teknik nano UC San Diego Shyue Ping Ong melakukan serangkaian simulasi komputasi yang didukung oleh model pembelajaran mesin untuk menyaring kimia mana yang memiliki kombinasi properti yang tepat. Untuk baterai solid state katoda oksida. Setelah bahan dipilih sebagai kandidat yang baik, tim peneliti Meng membuatnya secara eksperimental, mengujinya, dan mengkarakteristikkannya untuk menentukan sifat elektrokimianya.

Melakukan iterasi cepat antara kalkulasi dan eksperimen, tim UC SanDiego menetapkan kelas konduktor natrium halida yang terdiri dari natrium, yttrium, zirkonium, dan klorida. Bahan tersebut, yang mereka sebut NYZC, secara elektrokimia stabil dan secara kimiawi kompatibel dengan katoda oksida yang digunakan dalam baterai ion natrium bertegangan lebih tinggi. Tim kemudian mendekati peneliti UC Santa Barbara untuk mempelajari dan memahami sifat struktural dan perilaku bahan baru ini.

Rotasi Zr-Cl Beku Buatan

Jika rotasi Zr-Cl dibekukan secara artifisial, difusivitas natrium menurun ke hasil yang dapat diabaikan. Rotasi Zr-Cl dengan demikian membantu konduktivitas natrium. Kredit: Universitas California San Diego

NYZC didasarkan pada Na3YCl6, bahan yang diketahui merupakan konduktor natrium yang sangat buruk. Ong menyarankan untuk mengganti zirkonium dengan yttrium karena akan menciptakan kekosongan dan meningkatkan volume unit baterai sel, dua pendekatan yang meningkatkan konduksi ion natrium. Para peneliti juga mencatat bahwa, dalam hubungannya dengan peningkatan volume, kombinasi ion zirkonium dan klorida dalam bahan baru ini mengalami gerakan berputar, menghasilkan lebih banyak jalur konduksi untuk ion natrium. Selain meningkatkan konduktivitas, bahan halogen jauh lebih stabil daripada bahan yang saat ini digunakan dalam baterai natrium keadaan padat.

“Temuan ini menyoroti potensi besar dari konduktor ion halogen untuk aplikasi baterai pada ion natrium keadaan padat,” kata Ong. “Selain itu, ini juga menyoroti dampak transformatif yang dapat dimiliki oleh komputasi data material skala besar disertai dengan pembelajaran mesin pada proses penemuan materi.”

Langkah selanjutnya termasuk mengeksplorasi penggantian lain untuk bahan berhalogenasi ini dan meningkatkan kepadatan daya baterai secara keseluruhan, dengan pekerjaan untuk menskalakan proses manufaktur.

Referensi: “Senyawa stabil katolit-elektrolit padat untuk baterai ion natrium bertegangan tinggi dan tahan lama” oleh Erik A. Wu, Swastika Banerjee, Hanmei Tang, Peter M. Richardson, Jean-Marie Doux, Ji Qi, Zhuoying Zhu , Antonin Grenier, Yixuan Li, Enyue Zhao, Grayson Deysher, Elias Sebti, Han Nguyen, Ryan Stephens, Guy Verbist, Karena W.Chapman, Raphaële J. Clément, Abhik Banerjee, Ying Shirley Meng dan Shyue Ping Ong, 23 Februari 2021, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21488-7

Teknologi ini dilisensikan oleh UNIGRID, sebuah startup yang didirikan bersama oleh Profesor Teknik Nano San Diego, Zheng Chen; Erik Wu, Ph.D. senior kelompok penelitian Meng; dan Darren HS Tan, salah satu Ph.D. siswa. Meng adalah penasihat teknis perusahaan.

Pendanaan untuk mendukung pekerjaan ini disediakan oleh Energy & Biosciences Institute melalui program EBI-Shell dan NSF.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ada lebih banyak genetika daripada DNA

Ahli biologi di Inggris dan Austria telah mengidentifikasi 71 gen baru pada tikus. Ahli biologi di Universitas Bath dan Wina telah menemukan 71 gen baru...

Untuk mencegah kelaparan, adaptasi iklim membutuhkan miliaran investasi tahunan tambahan

Investasi dalam penelitian pertanian, pengelolaan air, infrastruktur dapat mencegah pertumbuhan kelaparan yang disebabkan oleh iklim. Untuk mencegah dampak perubahan iklim pada tahun 2050, yang memaksa...

Teknologi Ultra Tipis Canggih untuk Merevolusi Penglihatan Malam – “Kami Membuat Yang Tak Terlihat Terlihat”

Dr. Rocio Camacho Morales mengatakan para peneliti membuatnya "tidak terlihat, terlihat." Kredit: Jamie Kidston, Universitas Nasional Australia Biar ringan! Film ultra-tipis suatu hari...

Maju dalam dekomposisi CO2 dengan efisiensi tinggi

ARA. 1: Metode sintesis fotokatalis tiga komponen baru. Sebuah nanotube karbon enkapsulasi molekul yodium direndam dalam larutan perak nitrat (AgNO3) berair untuk menghasilkan...

Satelit Terkemuka di Lautan – Copernicus Sentinel-6 – Hidup!

Copernicus Sentinel-6 menggunakan mode inovatif yang diselingi dengan altimeter radar frekuensi ganda Poseidon-4 (C- dan Ku-band), yang telah meningkatkan kinerja dibandingkan dengan desain altimeter...

Newsletter

Subscribe to stay updated.