Mengapa Smartphone Dapat Mendapat Upgrade Dengan Teknologi Baterai Baru Ini

Ada lebih banyak ponsel di dunia daripada di dunia. Hampir semuanya ditenagai oleh baterai lithium-ion yang dapat diisi ulang, yang merupakan komponen paling penting yang memungkinkan revolusi elektronik portabel dalam beberapa dekade terakhir. Tak satu pun dari perangkat itu akan menarik bagi pengguna jika mereka tidak memiliki kekuatan yang cukup untuk bertahan setidaknya beberapa jam, tanpa terlalu berat.

Baterai lithium-ion juga berguna dalam aplikasi yang lebih besar, seperti kendaraan listrik dan sistem penyimpanan energi smart-grid. Dan inovasi para peneliti dalam ilmu material, yang berupaya meningkatkan baterai lithium-ion, membuka jalan bagi baterai yang lebih banyak lagi dengan kinerja yang lebih baik. Sudah ada permintaan untuk baterai berkapasitas tinggi yang tidak akan terbakar atau meledak. Dan banyak orang memimpikan baterai yang lebih kecil dan lebih ringan yang terisi daya dalam hitungan menit - atau bahkan detik - namun menyimpan energi yang cukup untuk menyalakan perangkat selama berhari-hari.

Namun, para peneliti seperti saya berpikir lebih berani. Mobil dan sistem penyimpanan jaringan akan lebih baik jika mereka dapat dikeluarkan dan diisi ulang puluhan ribu kali selama bertahun-tahun, atau bahkan puluhan tahun. Kru pemeliharaan dan pelanggan akan menyukai baterai yang dapat memonitor diri mereka sendiri dan mengirim peringatan jika mereka rusak atau tidak lagi berfungsi pada kinerja puncak - atau bahkan mampu memperbaiki diri mereka sendiri. Dan tidak mungkin terlalu banyak bermimpi tentang baterai tujuan ganda yang diintegrasikan ke dalam struktur suatu barang, membantu membentuk bentuk smartphone, mobil, atau bangunan sembari juga menjalankan fungsinya.

Semua itu menjadi mungkin karena penelitian saya dan orang lain membantu ilmuwan dan insinyur menjadi semakin mahir dalam mengendalikan dan menangani masalah pada skala atom individu.

Bahan yang Muncul

Untuk sebagian besar, kemajuan dalam penyimpanan energi akan bergantung pada pengembangan berkelanjutan ilmu material, mendorong batas kinerja bahan baterai yang ada dan mengembangkan struktur dan komposisi baterai yang sama sekali baru.

Industri baterai sudah bekerja untuk mengurangi biaya baterai lithium-ion, termasuk dengan mengeluarkan kobalt mahal dari elektroda positif mereka, yang disebut katoda. Ini juga akan mengurangi biaya manusia baterai ini, karena banyak tambang di Kongo, sumber kobalt terkemuka di dunia, menggunakan anak-anak untuk melakukan pekerjaan manual yang sulit.

Lihat juga: Setengah Baterai, Setengah Sel Surya Hibrid Ini Bisa Menjadi Pengubah Game Total

Para peneliti sedang mencari cara untuk mengganti bahan yang mengandung kobalt dengan katoda yang sebagian besar terbuat dari nikel. Akhirnya, mereka mungkin bisa mengganti nikel dengan mangan. Masing-masing logam itu lebih murah, lebih banyak, dan lebih aman untuk digunakan dibandingkan pendahulunya. Tetapi mereka datang dengan trade-off, karena mereka memiliki sifat kimia yang mempersingkat masa pakai baterai mereka.

Para peneliti juga sedang mencari untuk mengganti ion lithium yang berpindah antara dua elektroda dengan ion dan elektrolit yang mungkin lebih murah dan berpotensi lebih aman, seperti yang didasarkan pada natrium, magnesium, seng, atau aluminium.

Kelompok penelitian saya melihat kemungkinan menggunakan bahan dua dimensi, pada dasarnya lembaran zat yang sangat tipis dengan sifat elektronik yang berguna. Graphene mungkin yang paling terkenal - selembar karbon setebal satu atom. Kami ingin melihat apakah menumpuk lapisan berbagai bahan dua dimensi dan kemudian menyusup ke tumpukan dengan air atau cairan konduktif lainnya bisa menjadi komponen utama baterai yang mengisi ulang dengan sangat cepat.

Mencari di Dalam Baterai

Ini bukan hanya bahan baru yang memperluas dunia inovasi baterai: Peralatan dan metode baru juga memungkinkan peneliti melihat apa yang terjadi di dalam baterai jauh lebih mudah daripada yang pernah terjadi.

Di masa lalu, para peneliti menjalankan baterai melalui proses pengisian-muatan tertentu atau sejumlah siklus, dan kemudian mengeluarkan materi dari baterai dan memeriksanya setelah fakta. Hanya dengan begitu para ahli dapat mempelajari perubahan kimia apa yang telah terjadi selama proses dan menyimpulkan bagaimana baterai bekerja dan apa yang mempengaruhi kinerjanya.

Tetapi sekarang, para peneliti dapat menonton bahan baterai saat mereka menjalani proses penyimpanan energi, bahkan menganalisis struktur dan komposisi atom mereka secara real time. Kita dapat menggunakan teknik spektroskopi canggih, seperti teknik sinar-X yang tersedia dengan jenis akselerator partikel yang disebut synchrotron - serta mikroskop elektron dan probe pemindaian - untuk menonton ion bergerak dan struktur fisik berubah ketika energi disimpan dan dilepaskan dari bahan. dalam baterai.

Lihat juga: Bagaimana Terobosan Baterai Dapat Mengarah ke Mobil Listrik yang Mengisi Daya dalam Detik

Metode-metode itu membuat para peneliti seperti saya membayangkan struktur dan bahan baterai baru, membuatnya dan melihat seberapa baik - atau tidak - mereka bekerja. Dengan begitu, kita akan dapat membuat revolusi bahan baterai terus berjalan.

Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation oleh Veronica Augustyn. Baca artikel asli di sini.