Metode pengujian baru menghasilkan jalan menuju baterai yang lebih baik dan tahan lama
Tech

Metode pengujian baru menghasilkan jalan menuju baterai yang lebih baik dan tahan lama

LIVERMORE, California — Menggunakan metode mikroskopis untuk mengukur potensi listrik, tim ilmuwan di Sandia National Laboratories mungkin telah menemukan cara membuat baterai yang lebih tahan lama dan lebih efisien.

Tim Elliot Fuller, Josh Sugar dan Alec Talin merinci temuan mereka dalam sebuah artikel yang diterbitkan 19 Oktober di American Chemical Society Energy Letters.

“Salah satu tantangan dengan baterai solid-state adalah bahwa pada batas antara berbagai bagian baterai — katoda dan lapisan elektrolit penghantar ion, katakanlah — sesuatu mengganggu aliran elektron,” kata Talin.

Ilustrasi ini menunjukkan bagaimana sebuah tim di Sandia National Laboratories menggunakan mikroskop gaya probe Kelvin untuk menemukan tempat-tempat di mana aliran elektron terhenti, yang berpotensi mengarah pada rekayasa baterai yang lebih tahan lama dan lebih efisien. (Ilustrasi milik S. Kelley/Institut Standar dan Teknologi Nasional.)

Baterai solid-state menggunakan elektrolit padat alih-alih gel dan cairan elektrokimia dan umumnya memberi daya pada elektronik kecil. Sebagian besar peneliti menduga bahwa ada kehilangan tegangan atau potensial listrik pada antarmuka di dalam baterai, tetapi tidak antarmuka mana yang bertanggung jawab atas sebagian besar impedansi dalam baterai. Tim mulai bekerja lima tahun lalu untuk mendapatkan kejelasan.

“Ada dua motivasi utama untuk ini. Yang pertama adalah fundamental: kami ingin memiliki model baterai yang bagus yang dapat kami gunakan untuk mengembangkan material yang lebih baik,” jelas Talin. “Hal kedua adalah mencari tahu bagaimana kami dapat merekayasa antarmuka agar tidak terlalu mengganggu. Dalam kasus kami, ini sangat berkaitan dengan seberapa cepat ion lithium dapat bergerak di anoda Si yang digunakan dalam penelitian ini.”

Mereka beralih ke mikroskop kekuatan probe Kelvin, yang mengukur potensi listrik di permukaan, dan saat menggunakan instrumen dengan cara baru tentu saja bukan sesuatu yang tidak biasa dilakukan Sandia, apa yang tim lakukan selanjutnya tidak pernah dilakukan oleh siapa pun, kata Talin.

“Tegangan antara elektroda baterai relatif mudah bagi para peneliti untuk menghitung dan mengukur,” kata Fuller. “Namun, di mana tegangan turun di dalam lapisan baterai tetap menjadi misteri. Sangat penting untuk memahami di mana tegangan turun, karena sangat terkait dengan resistensi yang membatasi kinerja. Mikroskop kekuatan probe Kelvin adalah teknik yang akhirnya memungkinkan kami untuk mengukur di mana tetesan ini terjadi.”

“Teknik ini telah digunakan selama bertahun-tahun untuk mengukur tegangan lokal, dengan orang-orang menggunakannya pada bagian baterai. Sulit untuk menafsirkannya karena itu bukan baterai yang berfungsi penuh, ”lanjut Talin. “Kami memotong baterai menjadi dua secara membujur, dengan elemen yang ditumpuk seperti kue lapis. Anda masih dapat mengisi dan mengosongkannya, jadi kami melakukan pengukuran ini pada seluruh baterai.”

Tim menemukan bahwa sebagian besar potensi listrik baterai hilang pada batas antara elektrolit dan terminal anoda (negatif).

“Kebanyakan orang mengira perubahan terbesar akan terjadi pada antarmuka antara katoda (positif) dan elektrolit,” tambahnya. “Memahami pengukuran membutuhkan banyak waktu. Kami ingin memvalidasi data dengan mengukur di mana ion lithium berada pada kondisi berbeda selama pengisian daya.”

Untuk mencapai hal ini, tim bekerja dengan para peneliti di Institut Nasional Standar dan Pusat Teknologi untuk Penelitian Neutron menggunakan teknik yang disebut profil kedalaman neutron yang dapat mengukur di mana ion lithium berada pada saat tertentu. Sekarang NDP telah mengkonfirmasi data mikroskopi kekuatan penyelidikan Kelvin, tim tersebut mencari untuk menerapkan metodologi ini ke sejumlah teknologi yang akan bermanfaat bagi bangsa.

“Kami akan menggunakan teknik ini untuk melihat baterai lain serta sistem kelistrikan solid-state lainnya, seperti memori akses acak elektrokimia yang ditemukan di Sandia,” kata Talin. “Ini akan memungkinkan kami untuk mengembangkan perangkat yang beroperasi seperti yang kami inginkan untuk mereka operasikan.”

Pekerjaan itu dilakukan bekerja sama dengan NIST, Naval Research Labs, University of Maryland College Park dan Brown University. Itu disponsori melalui Sandia’s Laboratory Directed Research and Development Lithium Battery Grand Challenge dan Nanostructures for Electrical Energy Storage Energy Frontiers Research Center serta program inti Platform, keduanya dipimpin oleh University of Maryland dan disponsori oleh DOE Office of Basic Energy Sciences .

Sandia National Laboratories adalah laboratorium multimisi yang dioperasikan oleh National Technology and Engineering Solutions dari Sandia LLC, anak perusahaan yang sepenuhnya dimiliki oleh Honeywell International Inc., untuk Administrasi Keamanan Nuklir Nasional Departemen Energi AS. Sandia Labs memiliki tanggung jawab penelitian dan pengembangan utama dalam pencegahan nuklir, keamanan global, pertahanan, teknologi energi, dan daya saing ekonomi, dengan fasilitas utama di Albuquerque, New Mexico, dan Livermore, California.

Sumber: Sandia



Posted By : pengeluaran hk hari ini