Metode Melacak Apa yang Terjadi Di Dalam Baterai

Mobilitas masa depan adalah mobil listrik, truk, dan pesawat terbang. Tetapi tidak mungkin satu desain baterai dapat memberi daya pada masa depan itu. Bahkan baterai ponsel dan laptop memiliki kebutuhan dan desain yang berbeda. Baterai yang dibutuhkan selama beberapa dekade ke depan harus disesuaikan dengan kegunaan spesifiknya. Dan itu berarti memahami dengan tepat apa yang terjadi, setepat mungkin, di dalam setiap jenis baterai.

Setiap baterai bekerja dengan prinsip yang sama:ion, yang merupakan atom atau molekul dengan muatan listrik, membawa arus dari anoda ke katoda melalui bahan yang disebut elektrolit, dan kemudian kembali lagi. Tetapi pergerakan tepat mereka melalui materi itu, apakah cair atau padat, telah membingungkan para ilmuwan selama beberapa dekade. Mengetahui dengan tepat bagaimana berbagai jenis ion bergerak melalui berbagai jenis elektrolit akan membantu para peneliti mengetahui bagaimana memengaruhi gerakan itu untuk membuat baterai yang dapat diisi dan dikeluarkan dengan cara yang paling sesuai dengan penggunaan spesifiknya.

Sebuah tim ilmuwan telah mendemonstrasikan kombinasi teknik yang memungkinkan pengukuran ion yang tepat yang bergerak melalui baterai. Kombinasi metode eksperimen yang berbeda mengukur kecepatan dan konsentrasi dan kemudian membandingkan keduanya dengan teori. Metode tersebut termasuk menggunakan sinar-X ultra-terang untuk mengukur kecepatan ion yang bergerak melalui baterai dan secara bersamaan mengukur konsentrasi ion di dalam elektrolit saat baterai model habis. Tim peneliti kemudian membandingkan hasil mereka dengan model matematika. Hasilnya adalah angka yang sangat akurat yang mewakili arus yang dibawa oleh ion — yang disebut nomor transpor.

Nomor transpor pada dasarnya adalah jumlah arus yang dibawa oleh ion bermuatan positif dalam kaitannya dengan arus listrik keseluruhan; perhitungan tim menempatkan angka itu sekitar 0,2. Kesimpulan ini berbeda dari yang diperoleh dengan metode lain karena sensitivitas cara baru mengukur pergerakan ion ini.

Untuk percobaan ini, tim peneliti menggunakan elektrolit polimer padat daripada cairan yang banyak digunakan untuk baterai lithium-ion. Polimer lebih aman karena menghindari masalah mudah terbakar dari beberapa elektrolit cair.

Di masa lalu, cara terbaik untuk meneliti cara kerja bagian dalam baterai adalah dengan mengirimkan arus melaluinya dan kemudian menganalisis apa yang terjadi sesudahnya. Kemampuan untuk melacak ion yang bergerak secara real time memberi para ilmuwan kesempatan untuk mengubah gerakan itu agar sesuai dengan kebutuhan desain baterai mereka.

Langkah selanjutnya adalah menganalisis polimer yang lebih kompleks dan bahan lainnya, seperti kalsium dan seng, dan akhirnya menjadi elektrolit cair.