Baterai yang dimediasi permukaan dapat membuat waktu pengisian kendaraan listrik hanya beberapa menit

Author: Iflowpower - Fornitur Portable Power Station

Bandingkan superkapasitor dan baterai, seperti yang ditunjukkan pada baterai yang dimediasi permukaan yang memiliki tiga ketebalan elektroda yang berbeda, keduanya memiliki kepadatan daya tinggi, dan kepadatan energi tinggi. Sumber: Di mana American Chemistry Society, itu seperti terobosan dalam teknologi baterai, tetapi itu bukan baterai. Nanotekinstruments, Inc.

dan anak perusahaannya, Angstronmaterials, Inc. dari Ohton, mengembangkan spesifikasi baru, yang digunakan untuk merancang peralatan penyimpanan energi, tergantung pada perpindahan cepat sejumlah besar ion litium di elektroda, elektroda ini memiliki permukaan grafena yang besar. Perangkat penyimpan energi ini terbukti sangat berguna bagi kendaraan listrik, yang dapat mengurangi waktu pengisian daya, dari yang kurang dari satu menit menjadi beberapa jam.

Aplikasi lain mungkin mencakup penyimpanan energi terbarukan (misalnya, penyimpanan energi surya dan angin) dan jaringan pintar. Para peneliti mengatakan bahwa perangkat baru ini adalah baterai pertukaran ion litium untuk fungsi permukaan grafena, atau lebih sederhananya, baterai yang dimediasi permukaan (SMCS: Surface-Mediatedcells). Meskipun peralatan saat ini menggunakan bahan dan struktur yang belum dibuka, peralatan tersebut sudah dapat melampaui baterai lithium-ion dan superkapasitor.

Perangkat baru ini dapat memasok 100 kilowatt per kilowatt baterai, 100 kali lebih tinggi dari baterai lithium-ion komersial, 10 kali lebih tinggi dari superkapasitor. Semakin tinggi kepadatan daya, semakin cepat kecepatan transfer energi (dapat menghasilkan kecepatan pengisian yang lebih cepat). Selain itu, baterai baru ini dapat menyimpan kepadatan energi sebesar 160 watt per kilogram baterai, yang sebanding dengan baterai lithium-ion yang dikomersialkan, 30 kali lebih tinggi dari superkapasitor tradisional.

Semakin besar kepadatan energi, semakin banyak energi yang dapat disimpan, semakin banyak energi yang disimpan (dengan jarak tempuh berkendara kendaraan listrik yang lebih jauh). Jika ada bobot peralatan yang sama, baterai yang dimediasi permukaan dan baterai lithium-ion saat ini dapat digunakan untuk kendaraan listrik, dan pendiri Nano Instrument dan Angerstron Materials Company Pendiri bersama Jiang Bauz (Borz.jang) Dikatakan bahwa baterai yang dimediasi permukaan kami mirip dengan baterai lithium-ion saat ini, dapat lebih meningkatkan kepadatan energi, sehingga juga dapat meningkatkan rencana perjalanan.

Namun, pada prinsipnya, baterai yang dimediasi permukaan dapat diisi dalam beberapa menit (tidak boleh kurang dari satu menit), bukan berjam-jam, seperti baterai litium-ion yang digunakan dalam kendaraan listrik. Jiang Bauldz dan rekannya di Nanotechnology Instrument Co., Ltd.

dan Angersmia Material Company telah menerbitkan studi ini, yang merupakan studi tentang peralatan penyimpanan energi generasi berikutnya, yang diterbitkan dalam "Nano Express" (Nanoletters) terbaru. Kedua perusahaan ini mengkhususkan diri dalam komersialisasi nanomaterial, Angerstrong adalah produsen nano-granit (NGPS: Nanographeneplatelets) terbesar di dunia. Seperti yang dijelaskan para peneliti dalam penelitian mereka, ada kekuatan dan kelemahan mereka sendiri dalam penyimpanan energi, baterai, dan superkapasitor.

Meskipun kepadatan energi baterai lithium ion (120-150 watt/kg) jauh lebih tinggi daripada superkapasitor (5 watt/kg), baterai ini memiliki kepadatan daya yang rendah (baterai 1 kW/kg, bandingkan baterai 10 kW/kg). Banyak tim peneliti telah berupaya untuk menambah kerapatan daya baterai lithium-ion, meningkatkan kerapatan energi superkapasitor, tetapi kedua area ini masih memiliki tantangan besar. Karena kerangka kerja baru disediakan, kerangka tersebut dapat digunakan untuk perangkat penyimpanan energi sehingga baterai yang dimediasi permukaan ini memungkinkan para peneliti untuk melewati tantangan ini.

Mengembangkan perangkat penyimpanan energi baru ini, mempersempit kesenjangan antara kinerja baterai ion litium dan superkapasitor, kata Jiang Bauz. Yang lebih penting, kerangka kerja baru yang fundamental ini untuk memproduksi perangkat penyimpanan energi, memungkinkan para peneliti mencapai kepadatan energi tinggi, tetapi juga kepadatan daya tinggi, tanpa mengorbankan satu demi satu. Elektroda baterai yang dimediasi permukaan memiliki luas permukaan yang besar, sehingga sejumlah besar ion dapat berpindah dengan cepat, sehingga menghasilkan waktu pengisian yang cepat.

Sumber: Kunci kinerja baterai yang dimediasi permukaan dari American Chemistry, adalah katode dan anoda yang mengandung permukaan grafen yang sangat besar. Saat memproduksi baterai, para peneliti menempatkan logam litium (dalam bentuk partikel atau lembaran logam) di anoda. Pada siklus pelepasan pertama, litium terionisasi, jumlah ion litium yang dibawa lebih banyak daripada baterai ion litium.

Ketika baterai digunakan, ion-ion ini bermigrasi ke katoda melalui elektrolit cair, ke dalam pori-pori katoda untuk mencapai permukaan grafena yang besar di katoda. Selama proses pengisian daya, sejumlah besar fluks ion litium dengan cepat bermigrasi dari katode ke anoda. Luas permukaan elektroda sangat besar, sehingga sejumlah besar ion dapat berpindah dengan cepat, daya dan kepadatan energi tinggi.

Para peneliti menjelaskan bahwa permukaan elektroda berpori (bukan pada elektroda blok, seperti pada baterai), tidak memerlukan proses penyisipan yang memakan waktu. Selama proses ini, ion litium harus dimasukkan di antara elektroda, yang merupakan waktu pengisian baterai yang penting. Dalam penelitian ini, meskipun para peneliti menggunakan sejumlah besar jenis grafit yang berbeda, berbagai jenis grafen (teroksidasi, tereduksi lapisan tunggal, dan grafen berlapis banyak) disiapkan, tetapi bahan dan konfigurasi ini dianalisis lebih lanjut untuk mengoptimalkan perangkat ini.

Di satu sisi, para peneliti berencana untuk mempelajari lebih lanjut siklus hidup baterai ini. Sejauh ini, mereka menemukan bahwa perangkat ini dapat mempertahankan kapasitas 95% setelah 1000 siklus, bahkan setelah 2000 siklus, masih tidak ada indikasi dendrit. Para peneliti juga berencana untuk membahas mekanisme penyimpanan litium yang berbeda terkait kinerja peralatan.

Kami memperkirakan bahwa komersialisasi teknologi baterai yang dimediasi permukaan tidak akan menghadapi kendala besar, kata Jiang Bauz. Meskipun grafena saat ini dijual dengan harga tinggi, Angerstron Materials Company secara aktif memperluas kekuatan produksi grafena. Diharapkan dalam 1-3 tahun ke depan, biaya produksi grafit akan berkurang secara signifikan.