Panaliti parantos mendakan cara ngadamel batré anu kami anggo unggal dinten janten langkung tahan banting, kuat sareng aman.
Taun 2018 ayeuna kahirupan urang sapopoe didorong ku rupa-rupa gadget anu nganggo listrik atanapi batré. Katergantungan urang kana gadget sareng alat anu dioperasikeun ku batré ningkat sacara fenomenal. Batré nyaéta alat anu nyimpen énergi kimia anu dirobih janten listrik. Batré sapertos réaktor kimia mini anu réaksina ngahasilkeun éléktron pinuh énergi anu ngalir ngaliwatan alat éksternal. Naha éta telepon sélulér atanapi laptop atanapi bahkan kendaraan listrik anu sanés, batré - umumna litium-ion - mangrupikeun sumber daya utama pikeun téknologi ieu. Kusabab téknologi terus maju, aya paménta anu terus-terusan pikeun batré anu langkung kompak, kapasitas luhur, sareng aman pikeun dicas ulang.
Batré boga sajarah panjang tur glorious. Élmuwan Amérika Benjamin Franklin mimiti nganggo istilah "batré" dina 1749 nalika ngalakukeun percobaan listrik nganggo sakumpulan kapasitor anu dihubungkeun. Fisikawan Italia Alessandro Volta nimukeun batré munggaran dina 1800 nalika hestacked cakram tambaga (Cu) jeung séng (Zn) dipisahkeun ku lawon soaked dina cai asin. Batré asam timbal, salah sahiji batré rechargeable anu paling tahan sareng pangkolotna diciptakeun dina 1859 sareng masih dianggo dina seueur alat dugi ka ayeuna kalebet mesin durukan internal dina kendaraan.
Batré parantos maju pisan sareng ayeuna aranjeunna aya dina rupa-rupa ukuran ti ukuran Megawatt anu ageung, janten sacara téori aranjeunna tiasa nyimpen listrik tina ladang surya sareng nyaangan kota-kota mini atanapi tiasa alit sapertos anu dianggo dina jam tangan éléktronik, saé sanés? Dina naon anu disebut batré primér, réaksi anu ngahasilkeun aliran éléktron henteu tiasa dibalikkeun sareng pamustunganana nalika salah sahiji réaktanna dikonsumsi batréna janten béak atanapi maot. Batré primér anu paling umum nyaéta batré séng-karbon. Batré primér ieu mangrupikeun masalah ageung sareng hiji-hijina cara pikeun ngungkulan miceun batré sapertos kitu nyaéta milarian metode dimana aranjeunna tiasa dianggo deui - anu hartosna ku cara ngajantenkeun aranjeunna tiasa dicas deui. Ngaganti batré ku anu énggal jelas henteu praktis sareng ku kituna nalika batré janten langkung kuat sareng ageung, janten ampir teu mungkin sareng henteu kedah disebatkeun mahal pikeun ngagentos sareng miceunana.
Batré nikel-kadmium (NiCd) mangrupikeun batré ulang populér munggaran anu ngagunakeun alkali salaku éléktrolit. Taun 1989 batre hidrogén nikel-logam (NiMH) dikembangkeun anu umurna leuwih panjang batan batré NiCd. Sanajan kitu, aranjeunna kagungan sababaraha drawbacks, utamana yén maranéhanana éta pisan sénsitip kana overcharging na overheating husus lamun maranéhanana boga muatan ngomong ka laju maksimum maranéhna. Ku alatan éta, aranjeunna kedah dicas lalaunan sareng taliti pikeun ngahindarkeun karusakan sareng peryogi waktos anu langkung lami pikeun ngecas ku pangecas anu langkung sederhana.
Diciptakeun dina taun 1980, batré Litium-ion (LIB) nyaéta batré anu paling sering dianggo dina alat éléktronik konsumen ayeuna. Litium nyaéta salah sahiji unsur anu paling hampang sareng gaduh salah sahiji poténsi éléktrokimia panggedéna, ku kituna kombinasi ieu idéal pikeun ngadamel batré. Dina LIB, ion litium ngalih antara éléktroda anu béda-béda ngaliwatan éléktrolit anu didamel tina uyah sareng pangleyur organik (dina kalolobaan LIB tradisional). Sacara téoritis, logam litium nyaéta logam anu paling positip sacara listrik anu gaduh kapasitas anu luhur pisan sareng mangrupikeun pilihan anu pangsaéna pikeun batré. Nalika LIB kirang ngecas, ion litium anu dicas positip janten logam litium. Ku kituna, LIB mangrupikeun batré anu paling populér pikeun dicas ulang pikeun dianggo dina sadaya jinis alat portabel kusabab umurna anu panjang sareng kapasitasna anu luhur. Nanging, salah sahiji masalah utama nyaéta éléktrolit tiasa gampang nguap, nyababkeun korsleting dina batré sareng ieu tiasa janten bahaya kahuruan. Dina praktékna, LIB téh teu stabil jeung teu efisien sabab lila-lila disposisi litium jadi teu seragam. LIB ogé boga laju ngecas jeung ngosongkeun muatan nu handap sarta masalah kaamanan ngajadikeun éta teu bisa dipaké pikeun loba mesin kakuatan luhur jeung kapasitas luhur, contona kandaraan listrik jeung hibrida. LIB geus dilaporkeun némbongkeun kapasitas jeung laju ingetan nu alus dina kasempetan nu jarang pisan.
Ku kituna, sagala teu sampurna di dunya accu sakumaha dina taun panganyarna loba accu geus ditandaan aman sabab nyekel seuneu, teu bisa dipercaya sarta kadangkala teu episien. Élmuwan sadunya nuju narékahan pikeun ngawangun batré anu leutik, tiasa dicas deui aman, langkung hampang, langkung tahan banting sareng dina waktos anu sami langkung kuat. Ku sabab éta, pokus parantos ngalih ka éléktrolit solid-state salaku alternatif poténsial. Ngajaga ieu salaku pilihan tujuan anu parantos dicoba ku para ilmuwan, tapi stabilitas sareng skalabilitas parantos janten halangan pikeun kalolobaan panilitian. Éléktrolit polimér parantos nunjukkeun poténsi anu ageung sabab henteu ngan ukur stabil tapi ogé fleksibel sareng murah. Hanjakalna, masalah utama sareng éléktrolit polimér sapertos kitu nyaéta konduktivitas anu goréng sareng sipat mékanis.
Dina panilitian anyar anu diterbitkeun dina ACS Nano Letters , para panaliti parantos nunjukkeun yén kaamanan batré sareng seueur sipat sanésna tiasa ditingkatkeun ku nambihan kawat nano kana éta, ngajantenkeun batréna langkung unggul. Tim panaliti ti College of Materials Science and Engineering, Zhejiang University of Technology, Cina parantos ngawangun kana panilitian sateuacana dimana aranjeunna ngadamel kawat nano magnesium borat anu nunjukkeun sipat mékanis sareng konduktivitas anu saé. Dina panilitian ayeuna aranjeunna mariksa naha ieu ogé leres pikeun batré nalika kawat nano sapertos kitu ditambahkeun kana éléktrolit polimér solid-state. Éléktrolit solid-state dicampur sareng kawat nano magnesium borat beurat 5, 10, 15 sareng 20. Katingali yén kawat nano ningkatkeun konduktivitas éléktrolit polimér solid-state anu ngajantenkeun batré langkung kokoh sareng tahan banting dibandingkeun sareng sateuacanna tanpa kawat nano. Kanaékan konduktivitas ieu disababkeun ku paningkatan jumlah ion anu ngaliwat sareng ngaliwat éléktrolit sareng dina laju anu langkung gancang. Sakabéh susunan sapertos batré tapi kalayan kawat nano tambahan. Ieu nunjukkeun tingkat kinerja anu langkung luhur sareng siklus anu ningkat dibandingkeun sareng batré normal. Tés penting pikeun gampang kaduruk ogé dilaksanakeun sareng katingali yén batréna henteu kaduruk. Aplikasi portabel anu seueur dianggo ayeuna sapertos telepon sélulér sareng laptop kedah ditingkatkeun ku énergi anu disimpen maksimal sareng paling kompak. Ieu jelas ningkatkeun résiko ngaleupaskeun énergi anu ageung sareng tiasa diurus pikeun alat sapertos kitu kusabab format batré anu alit anu diperyogikeun. Tapi kumargi aplikasi batré anu langkung ageung dirancang sareng dicobian, kaamanan, daya tahan sareng kakuatan janten hal anu paling penting.
***
Sumber (s)
Sheng O et al. 2018. Éléktrolit Solid-State Multifungsi anu Diaktipkeun ku Nanowire Mg2B2O5 kalayan Konduktivitas Ionik anu Luhur, Sipat Mékanis anu Saé, sareng Kinerja Tahan Api. Nano Letters. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
***
