Penelitian Cambridge Baru Dapat Meningkatkan Kinerja Baterai EV

image featured from : unsplash.com

Pergerakan ion litium yang tidak teratur dapat menghambat kinerja baterai listrik.

Dikutip dari scitechdaily.com, Jumat (30/12/2022) Para peneliti telah menemukan bahwa kinerja dan kapasitas bahan baterai generasi mendatang mungkin terhambat oleh pergerakan ion litium yang tidak teratur. Tim yang dipimpin oleh University of Cambridge ini memantau aliran ion lithium secara real time di dalam bahan baterai baru yang prospektif.

Sebelumnya diyakini bahwa mekanisme penyimpanan ion litium dalam bahan baterai adalah seragam untuk setiap partikel aktif. Namun, penelitian yang dipimpin Cambridge menemukan bahwa penyimpanan litium sama sekali tidak seragam selama siklus pengisian daya.

Saat baterai mendekati akhir siklus pengosongannya, permukaan partikel aktif menjadi jenuh litium sementara intinya kekurangan litium. Hal ini menyebabkan penurunan kapasitas dan hilangnya lithium yang dapat digunakan kembali.

Studi yang didanai Faraday Institution dapat berkontribusi pada kemajuan bahan baterai yang ada dan mempercepat pembuatan baterai generasi berikutnya. Temuan ini baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Joule.

Untuk beralih ke ekonomi nol karbon, kendaraan listrik (EV) sangat penting. Karena kepadatan energinya yang besar, baterai lithium-ion memberi daya pada sebagian besar kendaraan listrik yang saat ini ada di jalan raya. Namun, seiring meningkatnya penggunaan EV, persyaratan untuk rentang yang lebih jauh dan waktu pengisian yang lebih cepat memerlukan peningkatan bahan baterai yang ada serta penemuan yang baru.

Beberapa bahan yang paling menjanjikan adalah bahan elektroda positif canggih yang dikenal sebagai oksida kaya nikel litium berlapis, yang banyak digunakan pada kendaraan listrik premium. Namun, mekanisme kerja mereka, khususnya transportasi lithium-ion dalam kondisi operasi praktis, dan bagaimana ini terkait dengan kinerja elektrokimia mereka, tidak sepenuhnya dipahami, jadi kami belum dapat memperoleh kinerja maksimal dari bahan-bahan ini.

Dengan melacak bagaimana cahaya berinteraksi dengan partikel aktif selama operasi baterai di bawah mikroskop, para peneliti mengamati perbedaan yang jelas dalam penyimpanan lithium selama siklus charge-discharge dalam mangan kobalt oksida (NMC) yang kaya nikel.

“Ini adalah pertama kalinya ketidakseragaman dalam penyimpanan litium ini telah diamati secara langsung pada partikel individu,” kata rekan penulis pertama Alice Merryweather, dari Departemen Kimia Yusuf Hamied di Cambridge. “Teknik real-time seperti milik kami sangat penting untuk menangkap ini saat baterai sedang berputar.”

Menggabungkan pengamatan eksperimental dengan pemodelan komputer, para peneliti menemukan bahwa ketidakseragaman berasal dari perubahan drastis pada laju difusi lithium-ion di NMC selama siklus pengisian-pengosongan. Secara khusus, ion litium berdifusi perlahan dalam partikel NMC yang sepenuhnya terlitiasi, tetapi difusi meningkat secara signifikan setelah beberapa ion litium diekstrak dari partikel ini.

“Model kami memberikan wawasan tentang kisaran difusi lithium-ion dalam NMC bervariasi selama tahap awal pengisian daya,” kata rekan penulis pertama Dr Shrinidhi S. Pandurangi dari Departemen Teknik Cambridge. “Model kami memprediksi distribusi litium secara akurat dan menangkap tingkat heterogenitas yang diamati dalam eksperimen. Prediksi ini adalah kunci untuk memahami mekanisme degradasi baterai lainnya seperti patahan partikel.”

Yang penting, heterogenitas litium yang terlihat pada akhir pengosongan menetapkan satu alasan mengapa bahan katoda kaya nikel biasanya kehilangan sekitar sepuluh persen dari kapasitasnya setelah siklus pengosongan-pengisian pertama.

“Ini penting, mengingat salah satu standar industri yang digunakan untuk menentukan apakah baterai harus dihentikan atau tidak adalah saat baterai kehilangan 20 persen dari kapasitasnya,” kata co-first author Dr Chao Xu, dari ShanghaiTech University.

Para peneliti sekarang sedang mencari pendekatan baru untuk meningkatkan kerapatan energi praktis dan masa pakai bahan baterai yang menjanjikan ini.

 

 

Milano – UKDW 2018

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *