Baterai Magnesium-Ion Lebih Efisien dan Lebih Aman Dibanding Lithium
Masih terlalu dini untuk menjanjikan baterai solid-state padat energi yang tidak meledak.
Namun, para peneliti di Pusat Penelitian Penyimpanan Energi Bersama telah mengembangkan konduktor keadaan padat magnesium-ion.
Yang akan sangat membantu dalam menciptakan baterai magnesium yang tidak mudah terbakar dengan kapasitas penyimpanan energi yang lebih besar.
Alasan mengapa baterai lithium meledak adalah, mereka terbuat dari elektrolit cair yang membawa muatan bolak-balik antara anoda dan katoda, dan ini membuatnya berpotensi menjadi bahan yang mudah terbakar.
Namun, konduktor magnesium solid-state, yang dapat digunakan sebagai elektrolit (bukan cair), tahan api. Ini berarti, di masa depan kita tidak akan melihat Galaxy Samsung dan iPhone pecah berkeping-keping.
Beberapa perusahaan, termasuk Toyota dan KIT telah berfokus pada pembuatan elektrolit cair yang lebih baik, tetapi mereka memiliki kecenderungan untuk menimbulkan korosi pada komponen baterai lainnya.
Jadi, peneliti ingin mencoba sesuatu yang berbeda. Mengapa tidak Magnesium, yang memiliki kepadatan lebih tinggi dibandingkan dengan lithium dan jauh lebih berlimpah di alam.
Untuk mengembangkan teknologi ini, para peneliti telah memilih magnesium skandium selenide spinel, yang memiliki mobilitas magnesium yang sebanding dengan elektrolit lithium solid-state.
Mari kita cari tahu bagaimana mereka memungkinkannya.
Peran MIT dan Argonne
Tim ilmuwan mengambil bantuan dari peneliti MIT yang menawarkan sumber daya komputasi, dan Argonne National Laboratory yang mendokumentasikan struktur dan fungsi bahan spinel magnesium skandium selenide.
Seorang ahli kimia penelitian dari Argonne, Baris Key, melakukan tes spektroskopi NMR (Nuclear Magnetic Resonance) untuk membuktikan bahwa ion magnesium dapat melakukan perjalanan melalui bahan secepat yang diperkirakan dalam studi teoritis.
Data dalam percobaan melibatkan struktur material yang tidak diketahui dengan sifat kompleks, sehingga cukup sulit untuk dipahami.
Seiring dengan NMR solid-state dan pengukuran sinkrotron, karakterisasi elektrokimia tradisional diterapkan untuk memungkinkan temuan ini.
Baterai Magnesium-Ion Lebih Efisien dan Lebih Aman Dibanding Lithium
NMR sangat mirip dengan MRI (Magnetic Resonance Imaging), yang sering digunakan dalam medis untuk menunjukkan atom hidrogen air pada saraf manusia, otot dan jaringan lemak.
Frekuensi NMR dapat disetel untuk mengidentifikasi elemen lain, seperti magnesium atau ion lithium yang ada dalam bahan baterai
Mengapa Magnesium Scandium Selenide Spinel?
Struktur spinel dipilih berdasarkan parameter desain. Struktur ini memiliki mobilitas Magnesium tertinggi dengan volume tinggi per anion.
Juga, relaksometri NMR dan spektroskopi impedansi mengkonfirmasi gerakan ion magnesium yang cepat dengan penghalang migrasi yang rendah.
Karena spektroskopi impedansi menunjukkan perilaku konduksi campuran, rencana untuk menekan konduktivitas elektronik harus dicari agar material menjadi elektrolit magnesium keadaan padat yang dapat digunakan secara praktis.
Dua fenomena mendasar yang mungkin secara signifikan mempengaruhi pembuatan elektrolit magnesium keadaan padat – peran cacat titik, dan pengaruh inversi pada mobilitas Magnesium dan eletrokimia, kedua makalah tersebut diterbitkan dalam Chemistry of Materials.
Pengamatan menunjukkan bahwa konduktivitas elektronik disebabkan oleh cacat intrinsik atau oleh fase sekunder yang tidak mengandung magnesium.
Dengan demikian, pemahaman kimia cacat dalam magnesium skandium selenide spinel cukup penting untuk mengurangi konduktivitas elektronik.
Pendekatan alternatif untuk menghindari konduksi elektronik adalah dengan merekayasa permukaannya menjadi ion-konduktif tetapi isolasi elektron.
Ini dapat dicapai baik melalui pembentukan situ dari antarmuka tipis antara elektrolit dan elektroda keadaan padat material, atau pelapisan ex situ dari lapisan tipis bahan yang berbeda.
Untuk memastikan kinerja baterai solid state yang layak, lapisan pelapis praktis harus menunjukkan mobilitas magnesium yang cukup.
Tim peneliti mempertimbangkan difusi magnesium di seluruh produk dekomposisi elektrolit yang terkenal terhadap bahan magnesium, termasuk magnesium selenida biner, Magnesium sulfida dan Magnesium oksida.
Baterai Magnesium-Ion Lebih Efisien dan Lebih Aman Dibanding Lithium
Mereka menemukan hambatan difusi tinggi dalam Magnesium oksida dan Magnesium sulfida, sedangkan Magnesium selenide menunjukkan nilai yang lebih rendah.
Oleh karena itu, elektrolit keadaan padat Magnesium potensial (yang tersusun dengan sulfida dan oksida) perlu memastikan generasi produk antarmuka dengan mobilitas Magnesium yang lebih baik bila digunakan melawan logam Magnesium, dibandingkan dengan kalkogenida Magnesium biner.
Baca Juga :Kisah Teladan Sahabat Nabi Anas bin Malik Al Anshary
Selain mengidentifikasi spinel pertama dengan konduktivitas ionik Magnesium suhu kamar yang tinggi, penelitian ini juga memvalidasi aturan desain yang sebelumnya terdeteksi untuk konduktor padat ion multivalen cepat.
Ini merupakan langkah yang menggembirakan untuk menemukan lebih banyak padatan dengan mobilitas Magnesium yang cepat, yang dapat berfungsi sebagai bahan elektrolit atau elektroda.
Efek dan Cakupan Masa Depan
Menurut asisten profesor, Bo, di Shanghai Jiao Tong University, penelitian tersebut akan memiliki efek penting pada lanskap energi.
Meskipun teknologi ini dalam tahap awal, dalam waktu dekat, mungkin memiliki dampak transformatif pada penyimpanan energi.
Baca Juga :Baterai Dapat Bertahan 8 Kali Lebih Lama Dari Yang Digunakan Saat Ini
Kedengarannya inovatif dan menarik, tetapi tim mengatakan masih membutuhkan banyak pekerjaan perabotan sebelum bahan tersebut dapat digunakan dalam baterai yang sebenarnya.
Saat ini, ada sejumlah kecil kebocoran elektron yang harus dihilangkan, tetapi mobilitas ion yang ditingkatkan mendorong baterai komersial yang lebih aman.