airtronicfirearms.com

- Peneliti dari DGIST (Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology) berhasil mengembangkan material karbon berpori dengan doping nitrogen untuk meningkatkan kinerja baterai lithium-sulfur. Inovasi ini memungkinkan pengisian daya cepat dalam 12 menit, memberi kapasitas lebih tinggi, dan stabilitas jangka panjang.

Tim yang dipimpin oleh Profesor Jong-sung Yu dari Departemen Ilmu dan Teknik Energi DGIST mengembangkan material karbon berpori dengan doping nitrogen untuk mengatasi keterbatasan pengisian daya lambat pada baterai lithium-sulfur. Teknologi ini memungkinkan retensi kapasitas hingga 82% setelah 1.000 siklus pengisian.

Baca juga: Ini Cara Terbaik Cas Baterai Smartphone, Menurut Sains

Doping nitrogen adalah proses menambahkan atom nitrogen ke dalam struktur material, seperti karbon, untuk mengubah sifat-sifatnya dan meningkatkan kinerjanya. Dalam konteks baterai lithium-sulfur, doping nitrogen dilakukan untuk memperkuat struktur karbon berpori dan meningkatkan interaksi antara material aktif, seperti sulfur, dengan elektrolit.

Proses ini memberikan beberapa manfaat penting, antara lain:

• Peningkatan Stabilitas: Nitrogen membantu memperkuat ikatan kimia dalam material karbon, membuatnya lebih stabil selama siklus pengisian dan pengosongan baterai.
• Efisiensi Reaksi Kimia: Doping nitrogen meningkatkan reaktivitas sulfur dengan mempercepat reaksi elektrokimia, sehingga memungkinkan pengisian daya yang lebih cepat.
• Penekanan Migrasi Lithium Polisulfida: Nitrogen membantu mengurangi pergerakan senyawa lithium polisulfida, yang biasanya dapat menurunkan kinerja dan masa pakai baterai.

"Penelitian ini berfokus pada meningkatkan kecepatan pengisian daya baterai lithium-sulfur menggunakan metode sintesis sederhana," jelas Profesor Yu.

Keunggulan Baterai Lithium-Sulfur

Baterai lithium-ion yang umum digunakan saat ini memiliki keterbatasan kapasitas penyimpanan energi dan biaya produksinya besar. Sebagai alternatif, baterai lithium-sulfur menawarkan kepadatan energi lebih tinggi dengan bahan sulfur yang lebih murah. Namun, pemanfaatan sulfur yang kurang efisien selama pengisian cepat telah menjadi hambatan utama komersialisasi.

Untuk mengatasi masalah tersebut, tim Profesor Yu mensintesis material karbon multipori dengan doping nitrogen menggunakan metode reduksi termal berbasis magnesium dan ZIF-8, sebuah kerangka logam-organik (MOF) dengan struktur pori unik dan stabilitas tinggi. Pada suhu tinggi, magnesium bereaksi dengan nitrogen di ZIF-8, menciptakan struktur karbon yang stabil dengan pori-pori beragam.

Material ini meningkatkan kapasitas penyimpanan sulfur dan kontak antara sulfur dan elektrolit, yang secara signifikan meningkatkan kinerja baterai. Baterai yang dihasilkan mampu mencapai kapasitas 705 mAh g?¹ dalam waktu pengisian hanya 12 menit, meningkat 1,6 kali dibandingkan baterai konvensional.

Dengan doping nitrogen pada permukaan karbon, migrasi lithium polisulfida dapat ditekan, menjaga stabilitas kapasitas hingga 82% setelah 1.000 siklus pengisian.

Analisis mikroskopis lanjutan yang dilakukan bersama Dr. Khalil Amine dari Argonne National Laboratory menunjukkan bahwa lithium sulfida terbentuk dalam orientasi spesifik di dalam struktur karbon baru tersebut.

“Kami berharap penelitian ini dapat mempercepat komersialisasi baterai lithium-sulfur, yang memiliki potensi besar untuk digunakan dalam kendaraan listrik dan teknologi ramah lingkungan lainnya,” ujar Profesor Yu.

Baca juga: Menambahkan Unsur Niobium Bikin Baterai Lebih Cepat Terisi Penuh