Elektroda Bateri Dikuatkan Serat Karbon Ultra-Tebal Janjikan Kepadatan Energi Tinggi
Dalam proyek yang diterbitkan dalam edisi Juni 2020 majalah Nano Letters American Chemical Society, para peneliti dari Center for Composite Materials (CCM) Universitas Delaware (Newark, Del., U.S.) telah mengembangkan elektroda bateri ultra-tebal yang diperkuat dengan serat karbon yang selaras vertikal. Disebut “fiber-aligned thick” atau “FAT,” desain elektroda baru dikatakan menunjukkan properti yang ditingkatkan dan mudah diskala untuk manufaktur.
“Dalam baterai, elektroda terdiri dari bahan aktif (bahan elektroda) dan komponen tidak aktif (misalnya, kolektor arus logam, perekat polimer, dan matriks konduktif),” menjelaskan Dr. Kun Fu, dosen assistan di Universitas Delaware dan penulis studi. Untuk meningkatkan kapasitas spesifik baterai, katanya, jumlah bahan aktif perlu ditingkatkan dan bahan tidak aktif perlu dikurangi.
Elektroda FAT yang dirancang oleh Center for Composite Materials Universitas Delaware menggabungkan serat karbon pendek UD yang selaras dalam arah elektroda, dengan bahan elektroda aktif (LiFePO4, atau fosfat besi lithium) terselimuti di antara serat. Pori di antara serat karbon membentuk saluran tortuosity rendah melalui elektroda, yang memungkinkan transportasi ion yang cepat dalam elektrolit cair. “Elektroda FAT menggunakan serat karbon yang selaras untuk membangun struktur elektroda selaras serat melalui tebal dengan fitur beban bahan elektroda tinggi, tortuosity rendah, konduktivitas listrik dan termal tinggi, dan properti kompresi yang baik,” kata Fu.
“Dalam kasus ini, elektroda yang lebih tebal dapat secara signifikan meningkatkan rasio bahan aktif/bahan tidak aktif, untuk mencapai kapasitas spesifik yang lebih tinggi,” katanya tambah. Tortuosity rendah elektroda FAT memungkinkan infusi elektrolit yang cepat dan transportasi elektron/ion yang cepat, menunjukkan retensi kapasitas yang lebih tinggi dan resistensi transfer muatan yang lebih rendah dibandingkan desain elektroda tebal yang dicetak slurry konvensional.
Selain properti yang ditingkatkan dan kapasitas lebih tinggi, para peneliti mengatakan metode manufaktur mudah diskala dan diproduksi dengan biaya rendah, melibatkan tinta elektroda berbasis air dan penguatan membran serat karbon cut-and-rolled. Untuk memanufactur elektroda, membran serat karbon, yang sudah dimuat bahan elektroda aktif sebelumnya, digulung menjadi bentuk silindris kemudian dipotong tegak lurus terhadap arah aksial serat. Para peneliti menggunakan metode ini untuk memproduksi elektroda dengan diameter 18 milimeter dan tinggi 55 milimeter untuk penggunaan potensial dalam sel baterai silinder 18650.
Selanjutnya, para peneliti berencana untuk menerapkan kerangka serat karbon yang selaras ke desain anoda, baterai solid-state, dan baterai Li-S dan Li-O2, kata Fu, dan penggunaan potensial termasuk baterai untuk kendaraan listrik, elektronik atau penyimpanan energi jaringan.
Untuk mengakses studi, kunjungi publikasi digital Nano Letters.
