Baterai lithium-udara siap untuk menjadi pengganti revolusioner berikutnya untuk baterai lithium-ion yang saat ini digunakan yang memberi tenaga pada kendaraan listrik, ponsel dan komputer.
Baterai lithium-udara, yang saat ini masih dalam tahap percobaan pengembangan, dapat menyimpan energi 10 kali lebih banyak daripada baterai lithium-ion, dan jauh lebih ringan.
Disebutkan bahwa baterai lithium-udara bisa lebih efisien dan memberikan lebih banyak pengisian dengan penggabungan katalis canggih yang terbuat dari bahan dua dimensi. Katalis membantu meningkatkan laju reaksi kimia di dalam baterai, dan tergantung dari jenis bahan apa katalis dibuat, katalis dapat membantu secara signifikan meningkatkan kemampuan baterai untuk menahan dan menyediakan energi.
“Kita akan membutuhkan baterai dengan kepadatan energi sangat tinggi untuk mendukung teknologi canggih baru yang dimasukkan ke dalam telepon, laptop dan terutama kendaraan listrik,” kata Amin Salehi-Khojin, profesor teknik mesin dan industri di Fakultas Teknik UIC. Salehi-Khojin dan rekan-rekannya mensintesis beberapa bahan 2-D yang dapat berfungsi sebagai katalis. Sejumlah bahan 2-D mereka, ketika dimasukkan ke dalam baterai lithium-udara eksperimental sebagai katalis, memungkinkan baterai untuk menyimpan hingga 10 kali lebih banyak energi daripada baterai lithium-udara yang mengandung katalis tradisional. Temuan mereka dipublikasikan di jurnal Advanced Materials.
Salehi-Khojin dan rekan-rekannya mensintesis 15 jenis berbeda dari transisi metal dichalcogenides 2-D atau TMDC. TMDC adalah senyawa unik karena memiliki konduktivitas elektronik tinggi dan transfer elektron cepat yang dapat digunakan untuk berpartisipasi dalam reaksi dengan bahan lain, seperti reaksi yang terjadi di dalam baterai selama pengisian dan pemakaian.
Para peneliti secara eksperimental mempelajari kinerja 15 TMDC sebagai katalis dalam sistem elektrokimia yang meniru baterai lithium-udara.
“Dalam bentuk 2-D mereka, TMDC ini memiliki sifat elektronik yang jauh lebih baik dan area permukaan reaktif yang lebih besar untuk berpartisipasi dalam reaksi elektrokimia dalam baterai sementara struktur mereka tetap stabil,” jelas Leily Majidi, seorang mahasiswa pascasarjana di Fakultas Teknik UIC dan pertama penulis makalah.
“Laju reaksi jauh lebih tinggi dengan bahan-bahan ini dibandingkan dengan katalis konvensional yang digunakan seperti emas atau platinum,” kata Majidi.
Salah satu alasan TDMC 2-D berkinerja sangat baik adalah karena membantu mempercepat reaksi pengisian dan pemakaian yang terjadi pada baterai lithium-udara.
“Ini akan menjadi apa yang dikenal sebagai fungsi ganda dari katalis,” kata Salehi-Khojin.
Bahan 2-D juga bersinergi dengan elektrolit — bahan yang dilalui pergerakan ion selama pengisian dan pemakaian.
“TDMC 2-D dan elektrolit cairan ionik yang kami gunakan bertindak sebagai sistem ko-katalis yang membantu mentransfer elektron lebih cepat, yang mengarah pada pengisian yang lebih cepat dan penyimpanan serta pelepasan energi yang lebih efisien.”
“Bahan-bahan baru ini mewakili jalan baru yang dapat membawa baterai ke tingkat berikutnya, kita hanya perlu mengembangkan cara untuk memproduksi dan menyetelnya lebih efisien dan dalam skala yang lebih besar,” kata Salehi-Khojin.
