Desain baterai lithium-sulfur yang sempurna? Mereka bisa menahan muatan 5 kali lebih banyak

Litium-sulfur baterai akan memberikan solusi yang bagus untuk kesengsaraan penyimpanan energi kita. Mereka memiliki potensi untuk menjadi lebih murah, lebih ramah lingkungan dan lebih banyak biaya, tetapi untuk saat ini mereka memiliki kelemahan. Namun, para peneliti di University of Michigan mungkin telah menemukan cara untuk mengatasi masalah terbesar baterai lithium-sulfur.

Lithium-sulfur: Kapasitas Baterai Lima Kali Lebih Besar

Anda mungkin pernah mendengar tentang karakteristik sempurna baterai lithium-sulfur. Mereka mungkin memiliki kapasitas yang 5 kali lebih besar dari yang dapat ditawarkan oleh baterai lithium ion saat ini. Mereka juga lebih ramah lingkungan karena belerang cukup melimpah di kerak bumi. Namun, mereka memiliki masalah besar – mereka tidak bertahan mendekati jumlah siklus yang dibutuhkan. Faktanya, mereka hampir tidak dapat digunakan, karena mereka cepat habis dan tidak ada yang ingin mengganti baterai mereka sesering itu.

Baterai lithium mati karena dendrit – struktur seperti jarum mikroskopis yang mulai tumbuh di permukaan anoda lithium. Mereka tumbuh lebih lama dan lebih lama sampai mereka menyebabkan situasi korsleting, yang merusak baterai. Baterai lithium-sulfur sangat rentan terhadap kerusakan semacam itu. Kecuali ada sesuatu yang menghalangi pembentukan dendrit.

Percobaan

Ilmuwan Michigan mengambil inspirasi dari alam dan membangun baterai lithium sulfur dengan membran nanofiber tipis di antara dua elektroda. Mereka menggunakan serat nano aramid, yang seperti versi kecil dari bahan komposit Kevlar yang digunakan dalam perlindungan anti peluru. Membran ini menjadi penghalang fisik yang mencegah dendrit mencapai terlalu dalam ke baterai. Tetapi juga memiliki fungsi yang berbeda.

Para ilmuwan membangun saluran kecil ke dalam membran ini. Mereka memungkinkan aliran ion lithium bermuatan positif, tetapi menghentikan perjalanan polisulfida lithium. Litium polisulfida yang berpindah dari katoda belerang ke anoda litium memiliki dampak yang parah pada umur panjang baterai.

Membran memungkinkan ion lithium untuk kembali ke elektroda lithium, tetapi polisulfida lithium tidak bisa melewatinya. Kredit gambar: Ahmet Emre, Kotov Lab

Nicholas Kotov, penulis utama penelitian tersebut, mengatakan: “Rekayasa biomimetik dari baterai ini mengintegrasikan dua skala — molekuler dan skala nano. Untuk pertama kalinya, kami mengintegrasikan selektivitas ionik dari membran sel dan ketangguhan tulang rawan. Pendekatan sistem terintegrasi kami memungkinkan kami untuk mengatasi tantangan menyeluruh dari baterai lithium-sulfur.”

Potensi Masa Depan

Baterai jenis ini bisa bertahan 1.000 siklus, yang setara dengan sekitar 10 tahun. Para ilmuwan mengatakan bahwa ini pada dasarnya adalah desain baterai lithium-sulfur yang sempurna, karena umur panjang meningkat tanpa mengurangi kapasitas. Belerang adalah bahan yang bagus untuk baterai, karena kami memiliki banyak dan ekstraksinya tidak sekotor kobalt. Selain itu, harus lebih murah dan lebih ramah lingkungan. Faktanya, bahkan membran nanofiber aramid dapat dibuat dari rompi antipeluru daur ulang.

Sumber: Universitas Michigan