Senin, 20 Juli 2020

Peneliti AS Menemukan Baterai Tanpa Kobalt Tanpa Mengurangi Performanya

Selama beberapa dekade, para peneliti mencari cara untuk menghilangkan kobalt dari baterai berenergi tinggi yang memberi daya pada perangkat elektronik, karena biayanya yang tinggi dan konsekuensi hak asasi manusia dari penambangannya. Namun upaya di masa lalu tidak dapat mencapai standar kinerja baterai dengan kobalt.

Baterai
Namun bulan ini, Sekolah Teknik Cockrell di Universitas Texas di Austin (UTA) melaporkan terobosan besar yang berpotensi. Sebuah tim peneliti percaya bahwa mereka telah memecahkan kode untuk baterai lithium-ion bebas kobalt, berenergi tinggi yang akan menghilangkan kebutuhan kobalt dan membuka pintu untuk mengurangi biaya produksi baterai, sementara sebenarnya meningkatkan kinerja dalam beberapa cara.

Katoda yang Baru
Kunci dari pengembangan ini adalah kelas baru katoda (elektroda dalam baterai tempat kobalt biasanya berada), yang ditambatkan oleh konten nikel tinggi. Katoda dalam penelitian mereka adalah 89% nikel, dengan mangan dan aluminium membentuk elemen kunci lainnya.

Lebih banyak nikel dalam baterai berarti dapat menyimpan lebih banyak energi. Kepadatan energi yang meningkat itu dapat menyebabkan masa pakai baterai lebih lama untuk sebuah ponsel, atau jangkauan yang lebih besar untuk sebuah kendaraan listrik dengan setiap pengisian daya.

Biasanya, kepadatan energi yang meningkat menyebabkan pertukaran, seperti siklus hidup yang lebih pendek yaitu berapa kali baterai dapat diisi dan dikosongkan sebelum kehilangan efisiensi dan tidak lagi dapat diisi penuh. Menghilangkan kobalt biasanya memperlambat respons kinetik baterai, yang mengarah pada kemampuan laju yang lebih rendah seberapa cepat katoda dapat diisi atau dikosongkan. Namun, para peneliti mengatakan mereka telah mengatasi siklus hidup yang pendek dan tingkat kemampuan masalah yang buruk dengan menemukan kombinasi logam yang optimal dan memastikan distribusi ion mereka yang merata.

Sebagian besar katoda untuk baterai lithium-ion menggunakan kombinasi ion logam, seperti nikel-mangan-kobalt (NMC) atau nikel-kobalt-aluminium (NCA). Katoda dapat membuat kira-kira setengah dari biaya material untuk seluruh baterai, dengan kobalt menjadi elemen yang paling berharga. Dengan harga sekitar US$ 28.500 per ton, harganya lebih mahal daripada nikel, mangan, dan aluminium, dan harganya mencapai 10% hingga 30% dari kebanyakan katoda baterai lithium-ion.

"Cobalt adalah komponen paling murah dan termahal dalam katoda baterai," jelas Arumugam Manthiram, seorang profesor di Departemen Teknik Mesin Walker di UTA dan direktur Texas Material Institute. "Dan kita sepenuhnya menghilangkannya."

Para peneliti mencapai terobosan mereka dengan bekerja di tingkat atom. Selama sintesis, mereka dapat memastikan ion berbagai logam tetap terdistribusi secara merata di seluruh struktur kristal di katoda. Ketika ion-ion ini berkumpul, kinerja menurun, masalah yang telah mengganggu sebelumnya baterai kobalt, energi tinggi. Dengan menjaga ion terdistribusi secara merata, para peneliti menghindari hilangnya kinerja.

"Tujuan kami adalah menggunakan hanya logam yang berlimpah dan terjangkau untuk menggantikan kobalt, sambil mempertahankan kinerja dan keamanan," kata lulusan PhD, Wangda Li, "dan untuk meningkatkan proses sintesis industri yang segera dapat diskalakan."

Baterai Sebagai Teknologi Masa Depan
Tim sekarang telah membentuk sebuah startup bernama TexPower untuk membawa teknologi ke pasar. Para peneliti telah menerima hibah dari Departemen Energi AS, yang berupaya mengurangi ketergantungan pada impor untuk bahan baterai utama. Industri telah mendorong dorongan bebas kobalt dalam beberapa tahun terakhir terutama Tesla, yang bertujuan untuk menghilangkan bahan dari baterai yang memberi daya pada kendaraan listriknya. Dengan semakin banyaknya organisasi pemerintah dan perusahaan swasta dalam mengurangi ketergantungan pada kobalt, tidaklah mengherankan jika upaya ini menjadi kompetitif. Tim di UTA telah memecahkan masalah yang menghambat upaya sebelumnya, menggunakan kombinasi bahan yang tepat dan kontrol distribusi yang tepat. Tonggak sejarah ini dapat membantu memenuhi permintaan baterai yang terus meningkat secara eksponensial, yang akan menjadi teknologi utama pada tahun 2020 dan 2030-an.

"Kami meningkatkan kepadatan energi dan menurunkan biaya, tanpa mengorbankan siklus hidup," tambah Profesor Manthiram. "Ini berarti jarak mengemudi yang lebih lama untuk kendaraan listrik dan daya tahan baterai yang lebih baik untuk laptop dan ponsel."

Tidak ada komentar:

Posting Komentar