Para ilmuwan yang dipimpin oleh seorang peneliti Universitas Negeri Oregon telah mengembangkan elektrolit baru yang meningkatkan efisiensi anoda logam seng dalam baterai seng hingga hampir 100%, terobosan dalam perjalanan menuju alternatif baterai lithium-ion untuk penyimpanan energi skala besar.
Penelitian ini merupakan bagian dari pencarian global yang sedang berlangsung untuk kimia baterai baru yang dapat menyimpan energi matahari dan angin terbarukan pada jaringan listrik untuk digunakan ketika matahari tidak bersinar dan angin tidak bertiup.
Xiulei [David "Ji dari OSU College of Science dan sebuah kolaborasi yang termasuk HP Inc. dan Grotthuss Inc., Sebuah perusahaan pemintalan negara bagian Oregon, melaporkan temuan mereka dalam keberlanjutan alam .
[Terobosan ini merupakan kemajuan yang signifikan untuk membuat baterai logam seng lebih mudah diakses oleh konsumen, "kata Ji. [Baterai ini sangat penting untuk pemasangan pertanian matahari dan angin tambahan. Selain itu, mereka menawarkan solusi yang aman dan efisien untuk penyimpanan energi rumah di rumah , serta modul penyimpanan energi untuk masyarakat yang rentan terhadap bencana alam. "
Baterai menyimpan listrik dalam bentuk energi kimia dan melalui reaksi mengubahnya menjadi energi listrik. Ada banyak jenis baterai, tetapi kebanyakan dari mereka bekerja dengan cara dasar yang sama dan mengandung komponen dasar yang sama. Setiap baterai memiliki dua elektroda - anoda, dari mana elektron mengalir ke sirkuit eksternal, dan katoda, yang memperoleh elektron dari sirkuit eksternal - dan elektrolit, media kimia yang memisahkan elektroda dan memungkinkan aliran ion di antara mereka .
Relying on a metal that`s safe and abundant, zinc-based batteries are energy-dense and seen as a possible alternative for grid energy storage to widely used lithium-ion batteries, whose production relies on shrinking supplies of rare metals such as cobalt and nikel. Kobalt dan nikel juga beracun dan dapat mencemari ekosistem dan sumber air jika mereka keluar dari tempat pembuangan sampah. Selain itu, elektrolit dalam baterai lithium-ion umumnya dilarutkan dalam pelarut organik yang mudah terbakar yang sering terurai pada tegangan operasi yang tinggi. Masalah keamanan lainnya termasuk dendrit, yang menyerupai pohon -pohon kecil yang tumbuh di dalam baterai. Mereka dapat menembus pemisah seperti hal -hal yang tumbuh melalui retakan di jalan masuk, yang mengarah ke reaksi kimia yang tidak diinginkan dan terkadang tidak aman.
[Baterai logam seng adalah salah satu teknologi kandidat terkemuka untuk penyimpanan energi skala besar, "kata Ji. [Elektrolit hybrid baru kami menggunakan air dan pelarut baterai biasa, yang tidak mudah terbakar, hemat biaya dan berdampak rendah. Elektrolit terbuat dari campuran garam klorida yang murah, dengan yang utama adalah seng klorida. "
Biaya listrik yang dikirimkan oleh fasilitas penyimpanan yang terdiri dari baterai seng hanya dapat bersaing dengan listrik yang diproduksi oleh bahan bakar fosil jika baterai memiliki umur siklus panjang ribuan siklus, kata JI. Namun, sampai saat ini, kehidupan siklus telah dibatasi oleh kinerja reversibilitas yang buruk dari anoda seng. Selama pengisian daya, JI menjelaskan, kation seng dalam elektron gain elektrolit dan dapat dilapisi pada permukaan anoda. Selama pelepasan, anoda berlapis melepaskan elektron untuk beban kerja dengan dilarutkan ke dalam elektrolit.
[Proses pelapisan seng dan pembubaran ini sering kali tidak dapat diubah, "kata Ji. [Yaitu, beberapa elektron yang digunakan dalam pelapisan tidak dapat dikembalikan selama pelepasan. Ini adalah masalah di daerah yang dikenal sebagai efisiensi coulombik."
Efisiensi Coulombik, atau CE, adalah ukuran seberapa baik elektron ditransfer dalam baterai, rasio total muatan yang diekstraksi dari baterai ke muatan yang dimasukkan ke dalam siklus penuh. Baterai lithium-ion dapat memiliki CE lebih dari 99%.
Elektrolit baru yang dikembangkan oleh JI dan kolaborator termasuk para ilmuwan di Massachusetts Institute of Technology, Penn State dan University of California, Riverside, memungkinkan CE sebesar 99,95%.
[Tantangan utama dengan baterai seng adalah bahwa seng bereaksi dengan air dalam elektrolit untuk menghasilkan gas hidrogen dalam apa yang disebut reaksi evolusi hidrogen, "kata Ji. [Reaksi parasit ini menyebabkan umur siklus pendek dan juga potensi bahaya keamanan. "
Elektrolit baru, bagaimanapun, membatasi reaktivitas air dan hampir mematikan reaksi evolusi hidrogen dengan membentuk [lapisan pasif "pada permukaan anoda. Lapisan pasif yang serupa adalah yang memungkinkan komersialisasi awal baterai lithium-ion di dalam 1990 -an. JI memuji kolega kimia OSU Chong Fang karena mengungkap struktur atom elektrolit dengan menggunakan spektroskopi Femtosecond Raman dan Alex Greaney di UC Riverside untuk menentukan mekanisme pasif.
[Juga, perlu dicatat bahwa efisiensi yang kami ukur berada di bawah kondisi keras yang tidak menutupi kerusakan yang disebabkan oleh reaksi evolusi hidrogen, "tambah Ji. [Terobosan yang dilaporkan di sini menandai komersialisasi baterai logam seng yang dekat penyimpanan grid skala besar. "
Kyriakos Stylianou juga mengambil bagian dalam penelitian ini, yang didukung oleh National Science Foundation dan Departemen Energi AS.
