Elektroda baterai yang lebih tebal dan diperkuat serat karbon dapat mengaktifkan baterai dengan kepadatan tinggi
Dalam sebuah proyek yang diterbitkan dalam Nano Letters American Chemical Society edisi Juni 2020 Dalam jurnal, para peneliti dari Pusat Bahan Komposit (CCM) Universitas Delaware (Newark, Del., AS) telah mengembangkan elektroda baterai ultra-tebal yang diperkuat dengan serat karbon yang disejajarkan secara vertikal. Disebut "tebal sejajar serat" atau "FAT", desain elektroda baru dikatakan menunjukkan sifat yang disempurnakan dan mudah diskalakan untuk diproduksi.
“Dalam baterai, elektroda terdiri dari bahan aktif (bahan elektroda) dan komponen tidak aktif (misalnya pengumpul arus logam, pengikat polimer, dan matriks konduktor),” jelas Dr. Kun Fu, asisten profesor di University of Delaware dan seorang penulis dalam penelitian ini. Untuk meningkatkan kapasitas spesifik baterai, katanya, jumlah bahan aktif perlu ditambah dan bahan tidak aktif dikurangi.
Elektroda FAT yang dirancang oleh Pusat Bahan Komposit Universitas Delaware menggabungkan serat karbon pendek searah (UD) yang disejajarkan dengan arah elektroda, dengan bahan elektroda aktif (LiFePO4 , atau lithium besi fosfat) tertanam di antara serat. Pori-pori antara serat karbon membentuk saluran tortuositas rendah melalui elektroda, memungkinkan transportasi ion cepat dalam elektrolit cair. “Elektroda FAT menggunakan serat karbon yang selaras untuk membangun struktur elektroda yang disejajarkan dengan ketebalan serat dengan fitur pemuatan material elektroda tinggi, tortuositas rendah, konduktivitas listrik dan termal yang tinggi, dan properti kompresi yang baik,” kata Fu.
“Dalam hal ini, elektroda yang lebih tebal secara signifikan dapat meningkatkan jatah bahan aktif/bahan tidak aktif, untuk mencapai kapasitas spesifik yang lebih tinggi,” tambahnya. Tortuositas rendah dari elektroda FAT memungkinkan infus elektrolit yang cepat dan transpor elektron/ion yang cepat, menunjukkan retensi kapasitas yang lebih tinggi dan resistensi transfer muatan yang lebih rendah daripada desain elektroda tebal cor slurry konvensional.
Selain sifat yang ditingkatkan dan kapasitas yang lebih tinggi, para peneliti mengatakan metode pembuatannya mudah diskalakan dan diproduksi dengan biaya rendah, yang melibatkan tinta elektroda berair dan penguat membran serat karbon yang dipotong dan digulung. Untuk pembuatan elektroda, membran serat karbon, yang dimuat sebelumnya dengan bahan elektroda aktif, digulung menjadi bentuk silinder dan kemudian dipotong tegak lurus terhadap arah aksial serat. Para peneliti menggunakan metode ini untuk membuat elektroda dengan diameter 18 milimeter dan tinggi 55 milimeter untuk penggunaan potensial pada 18650 sel baterai silinder.
Selanjutnya, para peneliti berencana untuk menerapkan kerangka serat karbon yang selaras untuk desain anoda, baterai solid-state, dan Li-S dan Li-O2 baterai, kata Fu, dan penggunaan potensial termasuk baterai untuk kendaraan listrik, elektronik, atau penyimpanan energi jaringan.
Untuk mengakses studi, buka Nano Letters publikasi digital.
