Dengan terbentuknya revolusi kendaraan listrik (EV), upaya dalam penelitian dan pengembangan teknologi baterai lithium-ion semakin maju untuk memastikan bahwa kendaraan ini dapat bertenaga. Untuk memastikan bahwa teknologi baterai ini dikembangkan, penelitian harus fokus pada perluasan dan perluasan teknologi pengosongan cepat dan masa pakai baterai – dua kelemahan utama baterai lithium-ion.

Ada beberapa faktor yang dapat membantu mengatasi masalah ini dan mencapai pengisian cepat dan masa pakai sangat lama, misalnya, difusi ion litium, karakteristik antarmuka elektroda-elektrolit, dan porositas elektroda.

Dalam beberapa tahun terakhir, solusi lain dan bahan anoda potensial telah muncul untuk baterai lithium-ion – bahan nano 2D. Bahan-bahan ini adalah struktur seperti lembaran tipis yang memiliki ketebalan beberapa nanometer, memiliki rasio aspek yang tinggi dan kerapatan situs aktif yang tinggi. Hal ini memungkinkan pengisian cepat dan kinerja bersepeda yang unggul.

Bahan nano 2D yang didasarkan pada diborida logam transisi (atau TMD) sangat menarik bagi para peneliti, karena TMD memiliki kecepatan tinggi dan stabilitas siklus panjang untuk penyimpanan lithium-ion. Hal ini disebabkan bidang sarang lebah boron dan atom logam transisi multivalen.

Karena itu, sekelompok ilmuwan, yang dipimpin oleh Profesor Noriyoshi Matsumi dari Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) dan Profesor Kabeer Jasuja dari Indian Institute of Technology (IIT) Gandhinagar, menganalisis lebih lanjut potensi TMD untuk energi. penyimpanan. Tim baru-baru ini memimpin studi eksperimental pertama tentang potensi penyimpanan lembaran nano hierarkis (THNS) berbasis titanium diboride (TiB2) sebagai bahan anoda untuk baterai lithium-ion.

Studi berjudul 'Lembaran Nano Berbasis Titanium Diboride sebagai Bahan Anoda untuk Baterai Li-Ion' diterbitkan dalam Bahan Nano Terapan ACS.

Membangun THNS untuk pengembangan baterai lithium-ion

Para peneliti mengembangkan THNS dengan mengoksidasi bubuk TiB2 dengan hidrogen peroksida, diikuti dengan sentrifugasi dan pengeringan beku larutan.

Profesor Jasuja menjelaskan bahwa metode pengembangan mereka merupakan terobosan, menyatakan: “Apa yang membuat pekerjaan kami menonjol adalah skalabilitas metode yang dikembangkan untuk mensintesis lembaran nano TiB2 ini. Untuk setiap nanomaterial untuk diterjemahkan menjadi teknologi nyata, skalabilitas adalah faktor pembatas.

“Metode sintesis kami hanya membutuhkan pengadukan dan tidak ada peralatan yang canggih. Ini karena perilaku disolusi dan rekristalisasi yang ditunjukkan oleh TiB2, sebuah penemuan kebetulan yang membuat karya ini menjadi jembatan yang menjanjikan dari laboratorium ke lapangan.”

Tim kemudian membangun setengah sel Li-ion anodik menggunakan THNS sebagai bahan anoda aktif. Karakteristik penyimpanan muatan dari anoda berbasis THNS kemudian dipelajari.

Mempelajari anoda baru berbasis THNS milik tim

Ditemukan bahwa anoda berbasis THNS menunjukkan kapasitas debit tinggi 380 mAh/g dengan kerapatan arus hanya 0,025 A/g. Ada potensi kapasitas pengosongan 174 mAh/g dapat dicapai untuk kerapatan arus tinggi 1 A/g, dengan waktu pengisian sepuluh menit dan retensi kapasitas 89,7% setelah 1.000 siklus.

Tim menemukan bahwa anoda Li-ion berbasis THNS dapat mempertahankan laju arus yang sangat tinggi, sekitar 15 hingga 20 A/g, memungkinkan pengisian ultracepat dalam waktu sekitar sembilan hingga 14 detik. Setelah 10.000 siklus di bawah laju arus tinggi, retensi kapasitas lebih besar dari 80% diamati.

Nanosheet 2D TiB2: Masa depan baterai lithium-ion

Hasil studi menyoroti potensi 2D TiB2 nanosheets untuk memfasilitasi pengisian cepat dan memperpanjang umur baterai lithium-ion. Tim tersebut juga menemukan bahwa ada keuntungan dengan bahan curah berukuran nano, seperti TiB2, untuk mencapai sifat yang menjanjikan, termasuk penyimpanan muatan kapasitif semu, kemampuan tingkat tinggi yang sangat baik, dan kemampuan bersepeda yang unggul.

Profesor Matsumi menguraikan potensi efek jangka panjang dari penelitian mereka, dengan menjelaskan: “Teknologi pengisian cepat semacam itu dapat mempercepat difusi EV dan secara signifikan mengurangi waktu tunggu untuk mengisi daya berbagai perangkat elektronik seluler. Kami berharap temuan kami dapat merangsang lebih banyak penelitian di bidang ini, yang pada akhirnya dapat mengarah pada kenyamanan pengguna EV, polusi udara yang lebih rendah di kota-kota, dan kehidupan seluler yang tidak terlalu membuat stres untuk meningkatkan produktivitas masyarakat kita.”

Ditemukan bahwa anoda berbasis THNS menunjukkan kapasitas debit tinggi 380 mAh/g dengan kerapatan arus hanya 0,025 A/g. Ada potensi kapasitas pengosongan 174 mAh/g dapat dicapai untuk kerapatan arus tinggi 1 A/g, dengan waktu pengisian sepuluh menit dan retensi kapasitas 89,7% setelah 1.000 siklus.

Tim menemukan bahwa anoda Li-ion berbasis THNS dapat mempertahankan laju arus yang sangat tinggi, sekitar 15 hingga 20 A/g, memungkinkan pengisian ultracepat dalam waktu sekitar sembilan hingga 14 detik. Setelah 10.000 siklus di bawah laju arus tinggi, retensi kapasitas lebih besar dari 80% diamati.