Sumber: engineering.columbia.edu
Sumber energi terbarukan seperti angin dan matahari sangat penting untuk mempertahankan planet kita, tetapi mereka datang dengan tantangan besar: mereka tidak selalu menghasilkan kekuatan saat dibutuhkan. Untuk memanfaatkannya, kita membutuhkan cara yang efisien dan terjangkau untuk menyimpan energi yang mereka hasilkan, jadi kita memiliki kekuatan bahkan ketika angin tidak bertiup atau matahari tidak bersinar.
Ilmuwan material rekayasa Columbia telah difokuskan pada pengembangan jenis baterai baru untuk mengubah cara kita menyimpan energi terbarukan. Dalam sebuah studi baru yang diterbitkan 5 September oleh Nature Communications, tim menggunakan baterai K-NA\/S yang menggabungkan elemen yang tidak mahal dan mudah ditemukan -- kalium (k) dan natrium (NA), bersama-sama dengan sulfur (S) -- untuk menciptakan solusi energi tinggi, energi tinggi untuk penyimpanan energi panjang.
"Sangat penting bahwa kami dapat memperpanjang lamanya waktu baterai ini dapat beroperasi, dan bahwa kami dapat memproduksinya dengan mudah dan murah," kata pemimpin tim Yuan Yang, Associate Professor Sains dan Teknik Bahan di Departemen Fisika Terapan dan Matematika di Columbia Engineering. "Membuat energi terbarukan lebih dapat diandalkan akan membantu menstabilkan jaringan energi kita, mengurangi ketergantungan kita pada bahan bakar fosil, dan mendukung masa depan energi yang lebih berkelanjutan bagi kita semua."
Elektrolit baru membantu baterai K-NA\/S menyimpan dan melepaskan energi dengan lebih efisien
There are two major challenges with K-Na/S batteries: they have a low capacity because the formation of inactive solid K2S2 and K2S blocks the diffusion process and their operation requires very high temperatures (>250 OC) yang membutuhkan manajemen termal yang kompleks, sehingga meningkatkan biaya proses. Studi sebelumnya telah berjuang dengan endapan padat dan kapasitas rendah dan pencarian telah dilakukan untuk teknik baru untuk meningkatkan jenis baterai ini.
Kelompok Yang mengembangkan elektrolit baru, pelarut asetamide dan ε-kaprolaktam, untuk membantu baterai menyimpan dan melepaskan energi. Elektrolit ini dapat melarutkan K2S2 dan K2S, meningkatkan kepadatan energi dan kepadatan daya baterai K\/S suhu menengah. Selain itu, ini memungkinkan baterai untuk beroperasi pada suhu yang jauh lebih rendah (sekitar 75 derajat) dari desain sebelumnya, sambil tetap mencapai kapasitas penyimpanan energi maksimum yang mungkin.
"Pendekatan kami mencapai kapasitas pelepasan yang hampir teoretis dan kehidupan siklus yang diperpanjang. Ini sangat menarik di bidang baterai K\/S suhu menengah," kata penulis pertama studi tersebut, Zhenghao Yang, seorang mahasiswa PhD dengan Yang.
Jalur menuju energi yang berkelanjutany masa depan
Kelompok Yang berafiliasi dengan Columbia Electrochemical Energy Center (CEEC), yang mengambil pendekatan multiskala untuk menemukan teknologi inovatif dan mempercepat komersialisasi. CEEC bergabung bersama -sama fakultas dan peneliti dari seluruh Sekolah Teknik dan Ilmu Terapan yang mempelajari energi elektrokimia dengan minat mulai dari elektron hingga perangkat hingga sistem. Kemitraan industrinya memungkinkan realisasi terobosan dalam penyimpanan dan konversi energi elektrokimia.
Berencana untuk meningkatkan
Sementara tim saat ini berfokus pada baterai kecil berukuran koin, tujuan mereka adalah untuk akhirnya meningkatkan teknologi ini untuk menyimpan energi dalam jumlah besar. Jika berhasil, baterai baru ini dapat menyediakan catu daya yang stabil dan andal dari sumber terbarukan, bahkan selama masa matahari atau angin rendah. Tim sekarang bekerja untuk mengoptimalkan komposisi elektrolit.