Lapisan isolasi yang bocor mengurangi masa pakai baterai – Dunia Fisika

Pengukuran langsung pertama terhadap endapan tipis yang diduga bersifat isolasi yang terbentuk pada baterai litium-ion isi ulang yang sudah tua telah menghasilkan hasil yang mengejutkan: endapan tersebut bukanlah isolator yang sempurna. Menurut peneliti di Departemen Energi AS Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), lapisan interfase elektrolit padat (SEI), seperti diketahui, justru rentan terhadap “kebocoran” elektron – sebuah temuan yang dapat membantu para ilmuwan mengembangkan baterai yang tahan lama.

Lapisan SEI mulai terbentuk saat pertama kali baterai isi ulang melewati siklus pengisian daya. Seiring berjalannya waktu, lapisan tersebut berangsur-angsur menebal, dan kondisinya diduga berkaitan dengan kestabilan kinerja baterai. Sebelumnya, para ilmuwan berhipotesis bahwa SEI bersifat isolasi listrik, namun sifat fisik pastinya – termasuk perilaku listriknya – tidak diketahui karena tidak ada cara langsung untuk mengkarakterisasinya.

Peneliti dipimpin oleh ahli teknologi baterai Chongmin Wang dan Wu Xu kini telah mengatasi kesenjangan pengetahuan ini dengan menyematkan probe tembaga berskala nano langsung ke dalam sel baterai untuk menumbuhkan film SEI pada tembaga atau litium. Mereka kemudian memindahkan film tersebut ke an di tempat mikroskop elektron transmisi bias dan mengukur sifat listriknya.

Kebocoran elektron mengurangi masa pakai baterai

Hasilnya menunjukkan bahwa ketika tegangan pada baterai meningkat, lapisan SEI “kebocoran” elektron, sehingga mengurangi masa pakai baterai. Para peneliti mengatakan perilaku seperti semikonduktor yang sampai sekarang tidak teramati ini terutama disebabkan oleh komponen lapisan SEI yang mengandung karbon. Temuan ini menunjukkan bahwa meminimalkan komponen-komponen ini berarti baterai akan bertahan lebih lama.

Untuk mendukung temuan ini, kolaborator tim PNNL di Universitas Texas A & M (TAMU) menciptakan model teoritis elektrolit pada permukaan elektroda logam litium. Dipimpin oleh Jorge Seminario dan Perla Balbuena, anggota tim TAMU kemudian menggunakan simulasi komputasi untuk mengevaluasi bagaimana elektrolit berevolusi secara kimia, dengan fokus pada bagaimana interaksi kimia dan fisik antara elektrolit dan elektroda menyebabkan terbentuknya SEI.

“Dengan menggunakan teknik fisika kuantum yang ekstensif, kami menguji formulasi elektrolit, mengevaluasi kimia dan morfologi pertumbuhan SEI-nya, dan menghitung karakteristik tegangan arusnya,” jelas Seminario. “Hasil yang mengesankan, dimana hasil teoritis dan eksperimental mengikuti tren yang sama, memberikan cara untuk menentukan elektrolit terbaik untuk digunakan pada baterai lithium-metal.”

Pertukaran ide yang bermanfaat

Balbuena menambahkan bahwa hasil mereka memungkinkan mereka untuk menyarankan calon elektrolit kepada rekan eksperimentalis mereka berdasarkan prinsip pertama. Sebaliknya, mereka juga dapat menyelidiki kemungkinan bahan alternatif menggunakan model mereka sebelum tim eksperimen mengujinya di laboratorium. Berkat apa yang disebut Balbuena sebagai “sinergi kimia eksperimental dengan teori fundamental dalam studi material”, temuan tim ini seharusnya dapat diterapkan untuk penelitian pada baterai, sensor, perangkat biomedis dan elektronik nano dan molekuler, serta komputasi neuromorfik.

Munculnya interfase penting dalam baterai lithium-ion diamati oleh para peneliti

Seminario dan Balbuena berencana untuk memperluas ab initio penelitian yang mencakup semua komponen baterai litium-ion, dan juga akan memperluas analisisnya ke bidang kimia lain sehingga dapat sepenuhnya menguraikan efek degradasi yang timbul selama siklus baterai.

Wang dan rekannya, pada bagian mereka, akan melihat bagaimana material yang berbeda dalam lapisan SEI didistribusikan dan dikorelasikan secara spasial, dan bagaimana hal ini mempengaruhi sifat fisik lapisan tersebut. “Kami juga akan membangun korelasi langsung antara sifat SEI dengan kimia elektrolit cair dan bertujuan untuk menyesuaikan SEI dengan mengoptimalkan komposisi elektrolit untuk membuat baterai yang lebih baik,” kata Wang. Dunia Fisika.

Studi ini dirinci dalam alam Energi.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/leaky-insulating-layer-reduces-battery-lifetime/