Studi telah menemukan cara untuk membuat baterai yang kita gunakan setiap hari menjadi lebih tangguh, kuat, dan aman.
Saat ini tahun 2018 dan kehidupan kita sehari-hari kini dipenuhi oleh berbagai gadget yang dapat digunakan listrik atau pada baterai. Ketergantungan kita pada gadget dan perangkat yang dioperasikan dengan baterai semakin meningkat secara fenomenal. A baterai adalah perangkat yang menyimpan energi kimia yang diubah menjadi listrik. Baterai seperti reaktor kimia mini yang bereaksi menghasilkan elektron penuh energi yang mengalir melalui perangkat eksternal. Baik itu ponsel, laptop, atau kendaraan listrik lainnya, baterai – umumnya lithium-ion – adalah sumber daya utama untuk teknologi ini. Seiring kemajuan teknologi, permintaan akan baterai isi ulang yang lebih ringkas, berkapasitas tinggi, dan aman terus meningkat.
Baterai memiliki sejarah yang panjang dan gemilang. Ilmuwan Amerika Benjamin Franklin pertama kali menggunakan istilah "baterai" pada tahun 1749 saat melakukan eksperimen dengan listrik menggunakan satu set kapasitor yang terhubung. Fisikawan Italia Alessandro Volta menemukan baterai pertama pada tahun 1800 ketika dia menyusun cakram tembaga (Cu) dan seng (Zn) yang dipisahkan oleh kain yang direndam dalam air asin. Baterai timbal-asam, salah satu baterai isi ulang yang paling tahan lama dan tertua ditemukan pada tahun 1859 dan masih digunakan di banyak perangkat bahkan hingga saat ini termasuk mesin pembakaran internal di kendaraan.
Baterai telah berkembang jauh dan hari ini mereka datang dalam berbagai ukuran dari ukuran Megawatt besar, jadi secara teori mereka dapat menyimpan daya dari pembangkit listrik tenaga surya dan menerangi kota-kota mini atau mereka bisa sekecil yang digunakan dalam jam tangan elektronik. , luar biasa bukan. Dalam apa yang disebut baterai primer, reaksi yang menghasilkan aliran elektron tidak dapat diubah dan akhirnya ketika salah satu reaktannya dikonsumsi, baterai menjadi kempes atau mati. Baterai primer yang paling umum adalah baterai seng-karbon. Baterai primer ini merupakan masalah besar dan satu-satunya cara untuk mengatasi pembuangan baterai tersebut adalah dengan menemukan metode di mana baterai tersebut dapat digunakan kembali – yang berarti dengan membuatnya dapat diisi ulang. Penggantian baterai dengan yang baru jelas tidak praktis dan dengan demikian baterai menjadi lebih banyak kuat dan besar, hampir tidak mungkin, apalagi cukup mahal untuk mengganti dan membuangnya.
Baterai nikel-kadmium (NiCd) adalah baterai isi ulang populer pertama yang menggunakan alkali sebagai elektrolit. Pada tahun 1989 dikembangkan baterai nikel-logam hidrogen (NiMH) yang memiliki umur lebih lama dibandingkan baterai NiCd. Namun, perangkat ini memiliki beberapa kekurangan, terutama karena perangkat ini sangat sensitif terhadap pengisian daya yang berlebihan dan panas berlebih, khususnya ketika daya dibebankan pada tingkat maksimum. Oleh karena itu, baterai harus diisi secara perlahan dan hati-hati untuk menghindari kerusakan dan memerlukan waktu yang lebih lama untuk diisi dengan pengisi daya yang lebih sederhana.
Diciptakan pada tahun 1980, baterai Lithium-ion (LIB) adalah baterai yang paling umum digunakan konsumen elektronik perangkat saat ini. Litium adalah salah satu unsur paling ringan dan memiliki salah satu potensi elektrokimia terbesar, oleh karena itu kombinasi ini cocok untuk pembuatan baterai. Dalam LIB, ion litium berpindah antar elektroda yang berbeda melalui elektrolit yang terbuat dari garam dan organik pelarut (di sebagian besar LIB tradisional). Secara teoritis, logam litium adalah logam paling positif secara elektrik yang memiliki kapasitas sangat tinggi dan merupakan pilihan terbaik untuk baterai. Ketika LIB sedang melakukan pengisian ulang, ion litium yang bermuatan positif menjadi logam litium. Oleh karena itu, LIB adalah baterai isi ulang yang paling populer untuk digunakan di semua jenis perangkat portabel karena umurnya yang panjang dan kapasitasnya yang tinggi. Namun, salah satu masalah utamanya adalah elektrolit mudah menguap sehingga menyebabkan korsleting pada baterai dan dapat menimbulkan bahaya kebakaran. Dalam praktiknya, LIB sangat tidak stabil dan tidak efisien karena disposisi litium menjadi tidak seragam seiring berjalannya waktu. LIB juga memiliki tingkat pengisian dan pengosongan yang rendah serta masalah keselamatan membuatnya tidak dapat digunakan untuk banyak mesin berdaya tinggi dan berkapasitas tinggi, misalnya kendaraan listrik dan hibrida. LIB telah dilaporkan menunjukkan kapasitas dan tingkat retensi yang baik pada kesempatan yang sangat jarang terjadi.
Jadi, semua tidak sempurna di dunia baterai karena dalam beberapa tahun terakhir banyak baterai ditandai sebagai tidak aman karena mudah terbakar, tidak dapat diandalkan, dan terkadang tidak efisien. Para ilmuwan di seluruh dunia sedang dalam upaya untuk membangun baterai yang kecil, dapat diisi ulang dengan aman, lebih ringan, lebih tahan banting, dan pada saat yang sama lebih kuat. Oleh karena itu, fokus telah beralih ke elektrolit padat sebagai alternatif potensial. Menjaga ini sebagai tujuan banyak pilihan telah dicoba oleh para ilmuwan, tetapi stabilitas dan skalabilitas telah menjadi rintangan dari sebagian besar penelitian. Elektrolit polimer telah menunjukkan potensi besar karena tidak hanya stabil tetapi juga fleksibel dan juga murah. Sayangnya, masalah utama dengan elektrolit polimer semacam itu adalah konduktivitas dan sifat mekaniknya yang buruk.
Dalam sebuah penelitian terbaru yang diterbitkan di ACS Nano Letters, peneliti telah menunjukkan bahwa keamanan baterai dan bahkan banyak properti lainnya dapat ditingkatkan dengan menambahkan kawat nano ke dalamnya, sehingga menjadikan baterai lebih unggul. Tim peneliti dari Fakultas Sains dan Teknik Material, Universitas Teknologi Zhejiang, Tiongkok ini telah mengembangkan penelitian sebelumnya di mana mereka membuat kawat nano magnesium borat yang menunjukkan sifat mekanik dan konduktivitas yang baik. Dalam penelitian saat ini mereka memeriksa apakah hal ini juga berlaku untuk baterai kawat nano ditambahkan ke elektrolit polimer solid-state. Elektrolit solid-state dicampur dengan 5, 10, 15 dan 20 berat kawat nano magnesium borat. Terlihat bahwa kawat nano meningkatkan konduktivitas elektrolit polimer solid-state yang membuat baterai lebih kokoh dan tangguh jika dibandingkan dengan sebelumnya tanpa kawat nano. Peningkatan konduktivitas ini disebabkan oleh peningkatan jumlah ion yang melewati dan bergerak melalui elektrolit dan pada tingkat yang jauh lebih cepat. Seluruh pengaturan seperti baterai tetapi dengan tambahan kawat nano. Ini menunjukkan tingkat kinerja yang lebih tinggi dan siklus yang meningkat dibandingkan dengan baterai normal. Tes penting dari sifat mudah terbakar juga dilakukan dan terlihat bahwa baterai tidak terbakar. Aplikasi portabel yang banyak digunakan saat ini seperti ponsel dan laptop perlu ditingkatkan dengan energi tersimpan yang maksimal dan paling ringkas. Ini jelas meningkatkan risiko pelepasan muatan yang hebat dan dapat diatur untuk perangkat semacam itu karena format baterai yang dibutuhkan kecil. Tetapi karena aplikasi baterai yang lebih besar dirancang dan dicoba, keamanan, daya tahan, dan daya menjadi sangat penting.
***
{Anda dapat membaca makalah penelitian asli dengan mengklik tautan DOI yang diberikan di bawah ini dalam daftar sumber yang dikutip}
Sumber (s)
Sheng O dkk. 2018. Mg2B2O5 Nanowire Mengaktifkan Elektrolit Keadaan Padat Multifungsi dengan Konduktivitas Ionik Tinggi, Sifat Mekanik Luar Biasa, dan Kinerja Tahan Api. Surat Nano. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
