Elektrolit baterai solid-state menghasilkan konduktor lithium-ion yang cepat – Dunia Fisika

Elektrolit baterai solid-state menghasilkan konduktor lithium-ion yang cepat – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 13 Maret 2024 5


Gambar menunjukkan ion litium (berwarna biru) bergerak melalui elektrolit baterai solid-state yang baru
Ion bergerak: Gambar ini mewakili ion litium (berwarna biru) yang bergerak melalui struktur. (Sumber: Universitas Liverpool)

Para peneliti di Universitas Liverpool, Inggris telah mengembangkan elektrolit baterai solid-state baru yang dapat menghantarkan ion litium dengan sangat cepat, sehingga dapat bersaing dengan elektrolit cair yang ditemukan pada baterai litium-ion yang ada saat ini. Konduktivitas lithium-ion yang tinggi ini merupakan prasyarat untuk penyimpanan energi yang dapat diisi ulang, tetapi hal ini tidak biasa terjadi pada benda padat, sebaliknya menarik untuk baterai karena lebih aman dan cepat diisi.

Elektrolit baru memiliki rumus kimia Li7Si2S7I dan mengandung ion sulfida dan iodida terurut yang tersusun dalam struktur heksagonal dan kubik-rapat. Struktur ini membuat material menjadi sangat konduktif karena memfasilitasi pergerakan ion litium dalam tiga dimensi. “Orang dapat membayangkannya sebagai struktur yang memungkinkan ion litium memiliki lebih banyak 'pilihan' untuk bergerak, yang berarti kecil kemungkinannya untuk terjebak,” jelasnya. Matt Rosseinsky, yang Ahli kimia Liverpool yang memimpin penelitian.

Bahan yang tepat dengan sifat yang tepat

Untuk mengidentifikasi bahan yang memfasilitasi kebebasan bergerak ini, Rosseinsky dan rekannya menggunakan kombinasi kecerdasan buatan (AI) dan alat prediksi struktur kristal. “Ide awal kami adalah untuk menciptakan rangkaian struktural baru konduktor ion yang terinspirasi oleh struktur kristal bahan intermetalik yang kompleks dan beragam, seperti NiZr, untuk menghasilkan berbagai lokasi potensial bagi ion litium untuk berpindah,” Rosseinsky menjelaskan. AI dan perangkat lunak lainnya membantu tim mengetahui di mana mencarinya, meskipun “keputusan akhir selalu dibuat oleh peneliti dan bukan perangkat lunak”.

Setelah mensintesis material di laboratorium mereka, para peneliti menentukan strukturnya dengan teknik difraksi dan konduktivitas lithium-ionnya dengan NMR dan pengukuran transpor listrik. Mereka kemudian mendemonstrasikan efisiensi konduktivitas lithium-ion secara eksperimental dengan mengintegrasikan material tersebut ke dalam sel baterai.

Menjelajahi kimia yang belum dipetakan

Penelitian Rosseinsky berfokus pada perancangan dan penemuan bahan untuk mendukung transisi ke bentuk energi yang lebih berkelanjutan. Jenis penelitian ini melibatkan berbagai macam teknik, termasuk metode digital dan otomatis, eksplorasi sintesis material dengan struktur dan ikatan baru, dan sintesis material yang ditargetkan dengan aplikasi dunia nyata. “Studi kami menyatukan semua arah ini,” katanya.

Menemukan bahan yang berbeda dari bahan yang sudah diketahui adalah hal yang sulit, tambah Rosseinsky, terutama karena calon bahan apa pun harus direalisasikan secara eksperimental di laboratorium. Setelah ia dan rekan-rekannya menentukan sifat kimia sintetik suatu bahan, mereka kemudian harus mengukur sifat elektronik dan strukturnya. Hal ini pasti membutuhkan penelitian interdisipliner: dalam penelitian ini, Rosseinsky bekerja sama dengan rekan-rekannya di Pabrik Inovasi Material, yang Pusat Penelitian Leverhulme untuk Desain Material Fungsional, yang Institut Stephenson untuk Energi Terbarukan dan Albert Crewe Center dan Sekolah Teknik serta miliknya sendiri departemen kimia.

Berlaku untuk bidang penelitian baterai yang lebih besar

Proses yang dikembangkan tim, yang dirinci dalam Ilmu, dapat diterapkan di seluruh bidang penelitian baterai dan seterusnya, kata Rosseinsky. “Pengetahuan yang diperoleh dalam penelitian kami tentang cara mendukung gerakan ion cepat dalam benda padat relevan untuk bahan selain yang digunakan dalam baterai litium-ion dan dapat digeneralisasikan untuk teknik lain yang mengandalkan bahan penghantar ion,” katanya. Dunia Fisika. “Ini termasuk bahan penghantar ion proton atau oksida dan sel bahan bakar padat atau elektroliser untuk menghasilkan hidrogen, serta bahan penghantar natrium dan magnesium dalam struktur baterai alternatif.”

Para peneliti mengatakan bahwa Li7Si2S7Saya mungkin hanyalah orang pertama dari banyak materi baru yang dapat diakses dengan pendekatan baru mereka. “Ada banyak hal yang harus dilakukan dalam menentukan bahan mana yang dapat dipelajari dan bagaimana sifat transpor ionnya terhubung dengan struktur dan komposisinya,” Rosseinsky menyimpulkan.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika