Kejayaan Bateri Baharu: Katod Polianion Garam Batu

Penyelidikan baharu telah membuat kemajuan dalam meningkatkan ketumpatan tenaga praktikal bateri.

Permintaan untuk bateri semakin meningkat di seluruh dunia, berkat penggunaannya yang semakin meningkat dalam industri automotif, peningkatan populariti elektronik pengguna mudah alih dan peraturan persekitaran yang ketat. Akibatnya, pasaran bateri global diunjurkan mencecah $800 bilion menjelang 2036, meningkat daripada kira-kira $120 bilion pada 2023.

Berdasarkan pertumbuhan yang dijangka ini, penyelidik terus membangunkan dan menguji bahan dan bahan kimia baharu untuk menambah baik bahagian kritikal bateri, yang menjejaskan sifat seperti output tenaga, storan tenaga, kapasiti kuasa dan kapasiti berbasikal.

Komponen ini termasuk katod (elektrod positif), anod (elektrod negatif), elektrolit (untuk pengangkutan ion antara elektrod) dan pemisah.  

Kebanyakan peranti berkuasa bateri hari ini, seperti EV, telefon pintar dan sistem storan tenaga, bergantung pada teknologi bateri litium-ion. Bateri litium-ion boleh menyimpan sejumlah besar tenaga dalam saiz yang padat, mengecas dengan pantas dan tahan lama.

Walau bagaimanapun, dengan permintaan yang semakin meningkat untuk bateri dengan keupayaan yang lebih besar, teknologi baharu sedang dikaji dan dibangunkan untuk meningkatkan kecekapan, mengurangkan kos, meningkatkan keselamatan dan menggalakkan kemampanan.

Sejak bertahun-tahun, penyelidikan berterusan telah membawa kepada kemajuan yang menawarkan alternatif yang menjanjikan kepada bateri litium-ion dan asid plumbum. 

Bateri natrium-ion menawarkan pilihan yang lebih berpatutan dan lebih selamat yang berprestasi lebih baik pada suhu yang lebih rendah. Bateri ini serupa dengan bateri litium-ion tetapi menggunakan air masin sebagai elektrolit, menjadikannya lebih sesuai untuk penyimpanan tenaga, walaupun ia masih belum dioptimumkan. Para penyelidik juga menggunakan gel elektrolit untuk menjadikan wayar nano lebih berdaya tahan dan sesuai untuk kegunaan bateri. 

Bateri keadaan pepejal, sebaliknya, menggunakan elektrolit pepejal seperti kaca, seramik atau polimer dan bukannya gel atau elektrolit cecair. Bateri ini jauh lebih cekap, kurang berat, mengecas lebih cepat dan sudah digunakan dalam telefon pintar dan perentak jantung. Toyota dan BMW kini sedang berusaha untuk melancarkan kereta berkuasa bateri keadaan pepejal, walaupun ia masih akan mengambil masa beberapa tahun.

Teknologi bateri baharu termasuk bateri litium-sulfur, yang menjimatkan kos tetapi mempunyai had ketahanan, dan bateri litium-ion bebas kobalt, yang boleh membantu menangani kebimbangan hak asasi manusia dalam perlombongan kobalt. Walau bagaimanapun, alternatif seperti TAQ masih baharu dan memerlukan lebih banyak ujian.

Bateri berasaskan zink juga sedang diterokai, dengan teknologi termasuk bateri zink-mangan dioksida, zink-udara, zink-bromin dan zink-ion. Walau bagaimanapun, ia tidak cekap, kadangkala melibatkan tindak balas penukaran kimia yang tidak dijangka dan mahal untuk dihasilkan, memerlukan lebih banyak penyelidikan.

Memandangkan dunia semakin bergantung pada bateri, saintis di seluruh dunia memberi tumpuan untuk mencapai kejayaan dalam masa penyimpanan, output kuasa, kos pengeluaran dan kesediaan segera.

Terobosan Bateri Terkini: Katod Polianion Garam Batu 

Penyelidikan baharu telah membuat kemajuan dalam meningkatkan ketumpatan tenaga praktikal bateri. Diterbitkan dalam Nature Energy lewat bulan lalu, kajian bertajuk "Katod garam batu-polianion bersepadu dengan litium berlebihan dan kitaran stabil," telah dijalankan oleh Jabatan Sains dan Kejuruteraan Nuklear MIT.

Kajian ini memfokuskan pada bahan katod baharu yang terdapat dalam garam batu bercelaru, yang telah dikaji sebagai bahan katod termaju untuk digunakan dalam bateri lithium-ion selama lebih sedekad. 

Penyelidik MIT memastikan bahan tersebut boleh mencipta storan bertenaga tinggi, kos rendah untuk EV, telefon mudah alih dan storan tenaga boleh diperbaharui.

Diketuai oleh Ju Li, Profesor Syarikat Kuasa Elektrik Tokyo dalam Kejuruteraan Nuklear, pasukan itu menemui DRXPS, atau spinel polianionik garam batu yang tidak teratur, sebagai bahan baharu.

Katoda garam batu bercelaru separa baru ini, disepadukan dengan polianion, didapati memberikan ketumpatan tenaga tinggi pada voltan tinggi dengan kestabilan berbasikal yang dipertingkatkan. Ini adalah pencapaian yang hebat, memandangkan biasanya terdapat pertukaran antara ketumpatan tenaga dan kestabilan berbasikal dalam bahan katod.

“Dengan kerja ini, kami berhasrat untuk menolak sampul surat dengan mereka bentuk kimia katod baharu.”

– Yimeng Huang, pengarang pertama kertas itu, postdoc di NSE

Sekarang, bagaimanakah keluarga bahan baharu itu mampu mencapai ketumpatan tenaga tinggi dan kestabilan berbasikal yang baik? Jawapannya terletak pada penyepaduan dua bahan katod utama - garam batu dan olivin polianionik. Dengan menggabungkannya, ia dapat memperoleh kedua-dua faedahnya.

Satu lagi perkara yang dimainkan di sini ialah mangan (Mn), logam keras dan keperakan yang terdapat dengan banyaknya di Bumi dan jauh lebih murah daripada unsur lain yang digunakan dalam katod hari ini. 

Sebagai contoh, Mangan adalah kira-kira tiga puluh kali lebih murah daripada Kobalt (Co) dan lima kali lebih murah daripada Nikel (Ni), yang kedua-duanya biasa digunakan dalam bateri. Selain itu, Mangan memainkan peranan penting dalam mencapai ketumpatan tenaga yang lebih tinggi. 

“(Memiliki) bahan yang lebih banyak di bumi adalah kelebihan yang luar biasa.”

– Li, seorang profesor sains bahan dan kejuruteraan

Kelebihan ini, menurut para penyelidik, sangat bernilai untuk masa depan sifar karbon yang memerlukan infrastruktur tenaga boleh diperbaharui. 

Bateri boleh memainkan peranan penting

Atas ialah kandungan terperinci Kejayaan Bateri Baharu: Katod Polianion Garam Batu. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!