Kapasitas yang Mengesankan dan Umur yang Lebih Panjang – Para Ilmuwan Telah Menemukan “Baterai Air” yang Dapat Didaur Ulang dan Tidak Akan Terbakar

Sebuah tim global yang terdiri dari peneliti dan kolaborator industri yang dipimpin oleh RMIT University telah mengembangkan ‘baterai air’ yang dapat didaur ulang dan tidak akan terbakar atau meledak.

Read Also

Tulang Rahang di Inggris Tampaknya Milik Reptil Laut Terbesar yang Pernah Dikenal

18 Apr 2024

Penyimpanan energi litium-ion mendominasi pasar karena kematangan teknologinya, namun kesesuaiannya untuk penyimpanan energi jaringan skala besar dibatasi oleh masalah keamanan dengan bahan-bahan yang mudah menguap di dalamnya.

Peneliti utama Profesor Tianyi Ma mengatakan baterai mereka berada di ujung tombak dalam bidang perangkat penyimpanan energi air, dengan terobosan yang secara signifikan meningkatkan kinerja dan masa pakai teknologi.

“Apa yang kami rancang dan produksi disebut baterai ion logam berair – atau kami dapat menyebutnya baterai air,” kata Ma, dari School of Science RMIT.

Read Also

Cara Mereset iPad

29 Mar 2024

Tim menggunakan air untuk menggantikan elektrolit organik – yang memungkinkan aliran arus listrik antara terminal positif dan negatif – yang berarti baterai mereka tidak dapat menyalakan api atau meledak – tidak seperti baterai lithium-ion.

“Untuk mengatasi tantangan pembuangan akhir masa pakai yang dihadapi konsumen, industri, dan pemerintah secara global dengan teknologi penyimpanan energi saat ini, baterai kami dapat dibongkar dengan aman dan bahan-bahannya dapat digunakan kembali atau didaur ulang,” kata Ma.

Kesederhanaan proses manufaktur baterai air membantu membuat produksi massal menjadi mungkin dilakukan, katanya.

“Kami menggunakan bahan-bahan seperti magnesium dan seng yang melimpah di alam, murah, dan tidak terlalu beracun dibandingkan bahan alternatif yang digunakan pada baterai jenis lain, sehingga membantu menurunkan biaya produksi dan mengurangi risiko terhadap kesehatan manusia dan lingkungan.”

Berapa potensi penyimpanan energi dan siklus hidupnya?

Tim ini telah membuat serangkaian uji coba baterai skala kecil untuk berbagai studi yang ditinjau oleh rekan sejawat guna mengatasi berbagai tantangan teknologi, termasuk meningkatkan kapasitas penyimpanan energi dan masa pakainya.

Dalam karya terbaru mereka, diterbitkan di Materi Lanjutanmereka telah berhasil mengatasi tantangan besar – pertumbuhan dendrit yang mengganggu, yaitu formasi logam runcing yang dapat menyebabkan korsleting dan kesalahan serius lainnya.

Tim melapisi bagian baterai yang terkena dampak dengan logam yang disebut bismut dan oksidanya (atau dikenal sebagai karat) sebagai lapisan pelindung yang mencegah pembentukan dendrit.

Hasil?

“Baterai kami kini bertahan jauh lebih lama – sebanding dengan baterai lithium-ion komersial yang ada di pasaran – menjadikannya ideal untuk penggunaan berkecepatan tinggi dan intensif dalam aplikasi dunia nyata. Dengan kapasitas yang mengesankan dan masa pakai yang lebih lama, kami tidak hanya memiliki teknologi baterai yang canggih namun juga berhasil mengintegrasikan desain kami dengan panel surya, sehingga menghasilkan penyimpanan energi terbarukan yang efisien dan stabil.”

Baterai air yang dikembangkan tim ini menutup kesenjangan dengan teknologi lithium-ion dalam hal kepadatan energi, dengan tujuan menggunakan ruang sesedikit mungkin per unit daya. “Kami baru-baru ini membuat baterai air magnesium-ion yang memiliki kepadatan energi 75 watt-jam per kilogram (Wh kg-1) – hingga 30% dari baterai mobil Tesla terbaru.”

Profesor Tianyi Ma (kiri) dan Dr Lingfeng Zhu di Universitas RMIT bersama tim baterai air. Kredit: Carelle Mulawa-Richards, Universitas RMIT

Penelitian ini dipublikasikan di SmAll Struktur.

“Langkah selanjutnya adalah meningkatkan kepadatan energi baterai air kami dengan mengembangkan bahan nano baru sebagai bahan elektroda.”

Ma mengatakan magnesium kemungkinan akan menjadi bahan pilihan untuk baterai air di masa depan.

“Baterai air magnesium-ion berpotensi menggantikan timbal-asam baterai dalam jangka pendek – misalnya satu hingga tiga tahun – dan berpotensi menggantikan baterai litium-ion dalam jangka panjang, 5 hingga 10 tahun dari sekarang. Magnesium lebih ringan dibandingkan logam alternatif, termasuk seng dan nikel, memiliki potensi kepadatan energi yang lebih besar, dan akan memungkinkan baterai memiliki waktu pengisian daya yang lebih cepat serta kemampuan yang lebih baik untuk mendukung perangkat dan aplikasi yang membutuhkan banyak daya.”

Aplikasi potensial

Ma mengatakan baterai yang dikembangkan timnya sangat cocok untuk aplikasi skala besar, sehingga ideal untuk penyimpanan jaringan listrik dan integrasi energi terbarukan – terutama dalam hal pertimbangan keselamatan.

“Seiring dengan kemajuan teknologi kita, jenis aplikasi penyimpanan energi berskala kecil lainnya seperti listrik di rumah-rumah penduduk dan perangkat hiburan dapat menjadi kenyataan.”

Teknologi didukung oleh penelitian yang ditinjau oleh rekan sejawat, pendanaan pemerintah, dan keterlibatan industri

Sebagai bagian dari proyek ARC Linkage, tim Ma terus mengembangkan baterai air mereka bekerja sama dengan mitra industri, GrapheneX, seorang inovator teknologi yang berbasis di Sydney.

“Kami juga berkolaborasi erat dengan para peneliti dan pakar dari universitas dan lembaga penelitian ternama di Australia, Amerika, Inggris, Jepang, Singapura, Tiongkok, dan negara lain. Kolaborasi ini memfasilitasi pertukaran pengetahuan dan akses terhadap fasilitas mutakhir. Dengan memanfaatkan keahlian tim global ini di berbagai bidang, kami dapat mengatasi tantangan kompleks yang dihadapi dari berbagai sudut.”

Referensi: “Sinergi Disosiasi Gugus Atom yang Terhambat Dendrit dan Reaksi Samping Menekan Perlindungan Antarmuka Inert untuk Anoda Zn Ultrastabil” oleh Xiaomeng Tian, ​​​​​​Qin Zhao, Mengmeng Zhou, Xinjun Huang, Ying Sun, Xiaoguang Duan, Lei Zhang, Hui Li, Dawei Su , Baohua Jia dan Tianyi Ma, 06 Februari 2024, Materi Lanjutan.
DOI: 10.1002/adma.202400237