September 24, 2022

Beberapa penemuan baru-baru ini telah membuktikan nilainya lebih dari baterai lithium-ion yang sederhana. Sudah 30 tahun sejak mereka pertama kali meninggalkan lab, tetapi merekalah yang menggerakkan smartphone di telapak tangan dunia dan menempatkan mobil listrik di jalan. Mereka hanya akan menjadi lebih penting sebagai komponen penting dari jaringan energi terbarukan.

Sejak awal 1990-an, harga baterai ini telah turun lebih dari tiga puluh kali lipat, bahkan saat baterai tersebut tumbuh semakin kuat. Tapi mereka tidak sempurna. Untuk satu, mereka berjuang dalam dingin yang mendalam. Pada suhu yang tidak asing bagi siapa pun yang mengalami musim dingin yang sangat keras, baterai ini tidak dapat menahan daya—atau mengirimkannya.

Tetapi para ilmuwan mencoba membuat baterai yang lebih kuat. Dalam sebuah makalah yang diterbitkan di jurnal Ilmu Pusat ACS pada tanggal 8 Juni, insinyur kimia dari beberapa universitas di China telah bekerja sama untuk membangun baterai yang lebih baik yang dapat menahan suhu hingga minus 31°F.

Dari penelitian sebelumnya, para ilmuwan mengetahui bahwa sebagian besar baterai lithium-ion mulai datar pada suhu sekitar minus 4°F. Di bawah titik ini, mereka tidak menahan banyak muatan, dan mereka tidak sebaik mentransfernya—artinya lebih sulit untuk menggunakannya untuk daya. Dan semakin dingin mereka pergi, semakin buruk kinerjanya.

Untuk sebagian besar dunia, suhu di bawah nol tidak menjadi masalah. Tetapi jika Anda tinggal di, katakanlah, Midwest Amerika, mobil listrik Anda mungkin memiliki jangkauan yang lebih sedikit di bulan Januari daripada yang Anda inginkan. Dan jika Anda pernah terjebak di luar di musim dingin yang beku, Anda mungkin memperhatikan bahwa baterai ponsel Anda cenderung lebih cepat habis.

See also  Sungai Rio Grande yang kering menyebabkan malapetaka pada ikan yang terancam punah

[Related: We need safer ways to recycle electric car and cellphone batteries]

Kelemahan ini juga berarti bahwa baterai lithium-ion tidak dapat bekerja sebaik yang diharapkan para insinyur di tempat lain yang biasanya mengalami suhu di bawah nol derajat: di atas pegunungan, di udara tempat pesawat komersial terbang, atau di luar ruang yang dingin tanpa penerangan.

Jadi ada banyak penelitian yang membahas masalah ini, menurut Enyuan Hu, ahli kimia baterai di Brookhaven National Laboratory yang tidak terlibat dalam makalah ini. Dan untuk melakukannya, para insinyur dan ahli kimia harus mengotak-atik bagian dalam baterai.

Pada intinya, baterai lithium-ion terdiri dari dua pelat bermuatan listrik, satu negatif, yang lain positif. Ruang tengah diisi dengan elektrolit, yang merupakan bubur penghantar listrik yang mengandung ion terlarut. Pelat negatif biasanya berbasis karbon, seperti grafit; pelat positif biasanya mengandung atom logam dan oksigen.

Dan ion lithium adalah apa yang membuat baterai berdetak—begitulah namanya.

Saat baterai habis, ion-ion itu jatuh dari pelat positif, melintasi elektrolit seperti ikan yang hanyut di sungai, dan mendarat di pelat negatif, memberikan sentakan listrik yang konstan dalam prosesnya. Saat Anda mencolokkan baterai untuk mengisi daya, arus listrik memaksa ion untuk melarikan diri ke arah yang berlawanan. Ini berfungsi, tanpa banyak masalah, dan ion lithium yang bergerak itu mengisi bahan bakar ponsel atau mobil Anda selama berjam-jam.

Artinya, ia bekerja hingga baterai mendingin hingga di bawah minus 4°F. Dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah menemukan bahwa sebagian besar masalah berkaitan dengan pergerakan ion itu sendiri, yang berjuang untuk keluar dari elektrolit dengan benar dan mendarat di pelat negatif. Para ilmuwan telah mencoba untuk mengatasi masalah itu dengan membuat elektrolit yang lebih kuat yang bertahan dalam cuaca dingin menjadi lebih baik.

See also  Hak untuk memprotes saluran pipa dapat dipulihkan

Namun, para peneliti terbaru ini mengambil pendekatan yang berbeda: Mereka bermain-main dengan pelat negatif berbasis karbon sebagai gantinya. Mereka memutuskan untuk mengganti grafit dengan bahan yang sama sekali baru. Mereka memanaskan senyawa yang mengandung kobalt hingga suhu yang sangat tinggi—hampir 800 ° F—menghasilkan nugget kecil, berbentuk seperti dadu bersisi 12, terbuat dari atom karbon. Para peneliti membentuk karbon dodecahedra ini menjadi pelat yang lebih bergelombang daripada grafit datar, memungkinkannya untuk menangkap ion lithium dengan lebih baik.

Ketika mereka menguji baterai mereka, mereka menemukan bahwa itu bekerja pada suhu sedingin minus 31°F. Bahkan setelah lebih dari 200 siklus pemakaian, pengisian, dan pengisian ulang, baterai ini mempertahankan kinerjanya.

“Materinya menarik secara ilmiah,” kata Hu. “Tetapi penerapan praktisnya mungkin terbatas, karena memerlukan [a] rute sintesis yang rumit.”

Itulah tangkapannya. Seperti banyak bahan, mencoba untuk benar-benar membuat lebih banyak bola karbon kecil ini adalah sebuah tantangan. Tidak membantu masalah adalah bahwa senyawa kobalt agak mahal. Di sisi lain, kata Hu, penelitian ini mungkin berguna untuk aplikasi yang sangat spesifik.

Ini bukan akhir dari quest ini, tapi lebih pada langkah inkremental berikutnya. Tetapi, setiap hari, para ilmuwan mendorong batas baterai penting ini lebih jauh.