Apakah ada sumber energi terbarukan sedang di kembangkan peneliti? Ya betul sekali. Sekarang, para peneliti di MIT dan di tempat lain telah mengembangkan jenis baterai baru, yang seluruhnya terbuat dari bahan yang melimpah dan murah. Arsitektur baterai baru, yang menggunakan aluminium dan belerang sebagai dua bahan elektrodanya, dengan elektrolit garam cair di antaranya, dijelaskan dalam jurnal Nature, dalam sebuah makalah oleh Profesor MIT Donald Sadoway, bersama dengan 15 orang lainnya di MIT dan di Cina, Kanada, Kentucky, dan Tennessee.Jadi jika ada pertanyaan apakah betul ada sumber energi terbarukan sedang di kembangkan peneliti? Jawabannya betul sekali. "Saya ingin menemukan sesuatu yang lebih baik, jauh lebih baik, daripada baterai lithium-ion untuk penyimpanan stasioner skala kecil, dan pada akhirnya untuk [penggunaan] otomotif," jelas Sadoway, yang merupakan Profesor Emeritus Kimia Bahan John F. Elliott. Selain mahal, baterai lithium-ion mengandung elektrolit yang mudah terbakar, membuatnya kurang ideal untuk transportasi. Jadi, Sadoway mulai mempelajari tabel periodik, mencari logam murah yang berlimpah di Bumi yang mungkin bisa menggantikan lithium. Logam yang dominan secara komersial, besi, tidak memiliki sifat elektrokimia yang tepat untuk baterai yang efisien, katanya. Tetapi logam paling melimpah kedua di pasar—dan sebenarnya logam paling melimpah di Bumi—adalah aluminium. "Jadi, saya bilang, mari kita buat buku itu saja. Ini akan menjadi aluminium," katanya.
Kemudian diputuskan apa yang akan dipasangkan dengan aluminium untuk elektroda lainnya, dan jenis elektrolit apa yang akan dimasukkan untuk membawa ion bolak-balik selama pengisian dan pemakaian. Yang paling murah dari semua non-logam adalah belerang, sehingga menjadi bahan elektroda kedua. Adapun elektrolit, "kami tidak akan menggunakan cairan organik yang mudah menguap dan mudah terbakar" yang terkadang menyebabkan kebakaran berbahaya di mobil dan aplikasi baterai lithium-ion lainnya, kata Sadoway. Mereka mencoba beberapa polimer tetapi akhirnya melihat berbagai garam cair yang memiliki titik leleh yang relatif rendah—dekat dengan titik didih air, dibandingkan dengan hampir 1.000 derajat Fahrenheit untuk banyak garam. "Begitu Anda turun hingga mendekati suhu tubuh, menjadi praktis" untuk membuat baterai yang tidak memerlukan isolasi khusus dan tindakan anti korosi, katanya.
Tiga bahan yang mereka dapatkan murah dan mudah didapat—aluminium, tidak berbeda dengan foil di supermarket; belerang, yang seringkali merupakan produk limbah dari proses seperti penyulingan minyak bumi; dan garam yang tersedia secara luas. "Bahan-bahannya murah, dan barangnya aman—tidak bisa gosong," kata Sadoway.
Dalam percobaan mereka, tim menunjukkan bahwa sel baterai dapat bertahan ratusan siklus pada tingkat pengisian yang sangat tinggi, dengan biaya yang diproyeksikan per sel sekitar seperenam dari sel lithium-ion yang sebanding. Mereka menunjukkan bahwa tingkat pengisian sangat tergantung pada suhu kerja, dengan 110 derajat Celcius (230 derajat Fahrenheit) menunjukkan tingkat 25 kali lebih cepat daripada 25 C (77 F).
Anehnya, garam cair yang dipilih tim sebagai elektrolit hanya karena titik lelehnya yang rendah ternyata memiliki keuntungan yang kebetulan. Salah satu masalah terbesar dalam keandalan baterai adalah pembentukan dendrit, yang merupakan paku sempit dari logam yang menumpuk di satu elektroda dan akhirnya tumbuh bersilangan untuk menghubungi elektroda lainnya, menyebabkan korsleting dan menghambat efisiensi. Tapi garam khusus ini, ternyata, sangat bagus untuk mencegah kerusakan itu.
Garam kloro-aluminat yang mereka pilih "pada dasarnya menghentikan dendrit pelarian ini, sementara juga memungkinkan pengisian yang sangat cepat," kata Sadoway. "Kami melakukan eksperimen dengan kecepatan pengisian yang sangat tinggi, pengisian daya dalam waktu kurang dari satu menit, dan kami tidak pernah kehilangan sel karena korsleting dendrit."
"Lucu," katanya, karena seluruh fokusnya adalah menemukan garam dengan titik leleh terendah, tetapi kloro-aluminat yang mengandung catenated ternyata tahan terhadap masalah korslet. "Jika kita mulai dengan mencoba mencegah korsleting dendritik, saya tidak yakin saya akan tahu bagaimana mengejar itu," kata Sadoway. "Kurasa itu kebetulan bagi kita."
Terlebih lagi, baterai tidak memerlukan sumber panas eksternal untuk mempertahankan suhu operasinya. Panas secara alami diproduksi secara elektrokimia oleh pengisian dan pemakaian baterai. "Saat Anda mengisi daya, Anda menghasilkan panas, dan itu membuat garam tidak membeku. Dan kemudian, saat Anda melepaskannya, itu juga menghasilkan panas," kata Sadoway. Dalam instalasi biasa yang digunakan untuk meratakan beban di fasilitas pembangkit tenaga surya, misalnya, "Anda akan menyimpan listrik saat matahari bersinar, dan kemudian Anda akan menarik listrik setelah gelap, dan Anda akan melakukannya setiap hari. Dan pengisian-idle-discharge-idle itu cukup untuk menghasilkan panas yang cukup untuk menjaga suhunya."
Formulasi baterai baru ini, katanya, akan ideal untuk instalasi dengan ukuran yang dibutuhkan untuk memberi daya pada satu rumah atau usaha kecil hingga menengah, yang menghasilkan kapasitas penyimpanan beberapa puluh kilowatt-jam.
Untuk instalasi yang lebih besar, hingga skala utilitas puluhan hingga ratusan megawatt jam, teknologi lain mungkin lebih efektif, termasuk baterai logam cair yang dikembangkan Sadoway dan murid-muridnya beberapa tahun lalu dan yang menjadi dasar bagi perusahaan spin-off bernama Ambri, yang berharap untuk mengirimkan produk pertamanya dalam tahun depan. Untuk penemuan itu, Sadoway baru-baru ini dianugerahi Penghargaan Penemu Eropa tahun ini.
Skala yang lebih kecil dari baterai aluminium-sulfur juga akan membuatnya praktis untuk penggunaan seperti stasiun pengisian kendaraan listrik, kata Sadoway. Dia menunjukkan bahwa ketika kendaraan listrik menjadi cukup umum di jalan sehingga beberapa mobil ingin mengisi daya sekaligus, seperti yang terjadi hari ini dengan pompa bahan bakar bensin, "jika Anda mencoba melakukannya dengan baterai dan Anda ingin pengisian cepat, amperenya hanya sangat tinggi sehingga kita tidak memiliki jumlah arus listrik di saluran yang memberi makan fasilitas." Jadi memiliki sistem baterai seperti ini untuk menyimpan daya dan kemudian melepaskannya dengan cepat saat dibutuhkan dapat menghilangkan kebutuhan untuk memasang saluran listrik baru yang mahal untuk melayani pengisi daya ini.
Teknologi baru sudah menjadi dasar bagi perusahaan spin-off baru bernama Avanti, yang telah melisensikan paten untuk sistem tersebut, yang didirikan bersama oleh Sadoway dan Luis Ortiz '96 ScD '00, yang juga merupakan salah satu pendiri Ambri. "Urutan bisnis pertama bagi perusahaan adalah menunjukkan bahwa ia bekerja dalam skala besar," kata Sadoway, dan kemudian menjalani serangkaian tes stres, termasuk menjalankan ratusan siklus pengisian daya.
Apakah baterai berbahan dasar belerang berisiko menghasilkan bau busuk yang terkait dengan beberapa bentuk belerang? Bukan kesempatan, kata Sadoway. "Bau telur busuk ada di dalam gas, hidrogen sulfida. Ini adalah unsur belerang, dan akan tertutup di dalam sel." Jika Anda mencoba membuka sel lithium-ion di dapur Anda, katanya (dan tolong jangan coba ini di rumah!), "kelembaban di udara akan bereaksi dan Anda akan mulai menghasilkan segala macam kotoran. gas juga. Ini adalah pertanyaan yang sah, tetapi baterainya disegel, itu bukan wadah terbuka."
Tim peneliti termasuk anggota dari Universitas Peking, Universitas Yunnan dan Universitas Teknologi Wuhan, di Cina; Universitas Louisville, di Kentucky; Universitas Waterloo, di Kanada; Laboratorium Nasional Oak Ridge, di Tennessee; dan MIT.
selengkapnya: https://techxplore.com/news/2022-08-aluminum-sulfur-battery-low-cost-backup-storage.html |
|
