Pasukan penyelidikan temui mekanisme penyimpangan cas baharu

HSINCHU, TAIWAN – Oleh kerana ketumpatan tenaga tinggi dan kos rendah, bateri udara-logam adalah satu daripada sumber kuasa yang mempunyai masa depan yang cerah pada masa akan datang.

Sebuah pasukan penyelidikan bersama Tsinghua-Liverpool baru-baru ini telah membangunkan sebuah mekanisme penyimpanan cas baharu yang membolehkan ketercasan semula di dalam bateri udara kalsium, satu langkah utama ke hadapan di dalam teknologi bateri.

Penemuan ini telah diterbitkan dalam Chemical Science. Pengarang utama bagi makalah ini, Yi-Ting Lu, adalah seorang pelajar kedoktoran bersama di Tsinghua dan Liverpool, di mana penyelianya adalah Prof. Chi-Chang Hu (Jabatan Kejuruteraan Kimia, NTHU) dan Prof. Laurence Hardwick (Jabatan Kimia, UoL).

Satu kejayaan besar yang berkaitan dengan bateri Udara-Kalsium

Prof. Hu berkata bateri litium-ion konvensional mempunyai kapasiti praktikal yang terhad. Oleh itu, ramai penyelidik berusaha untuk membangunkan teknologi bateri alternatif. Tumpuan mereka adalah pada bateri udara-logam yang berasaskan zink, litium, natrium, kalium, kalsium, magnesium, dan aluminium. Kelebihan bagi bateri udara kalsium itu adalah tenaga spesifiknya yang tinggi, lima kali ganda berbanding dengan bateri litium-ion tradisional. Walau bagaimanapun, kebolehlaksanaan bateri udara kalsium itu tetap terhambat oleh satu kelemahan utama ia tidak boleh dicas semula.

Lu menjelaskan bahawa bateri udara-logam adalah sel elektrokimia yang biasanya menggunakan sebuah logam aktif sebagai elektrod negatif, dan sebuah bahan karbon berliang yang bersentuhan dengan udara sebagai elektrod positif.

Lu di makmal Prof Hu di mana beliau mengadakan eksperimen untuk membandingkan hasil yang diperolehi di NTHU dan di UoL. – Bernama

Apabila logam itu yang mengoksidakan oksigen pada elektrod positif berkurangan, ia menghasilkan arus elektrik.

Setelah menamatkan tahun pertama bagi pengajian kedoktoran di NTHU, Lu mendaftar di Institute Stephenson for Renewable Energy di UoL pada September 2018. Di bawah pengawasan Prof. Hardwick, beliau mula melakukan penyelidikan terhadap elektrolit yang digunakan di dalam bateri udara kalsium.

Lu mendapati apabila satu elektrod tunggal berulang kali dicas dan dinyahcas, pada mulanya tidak ada kebolehbalikan yang dapat dilihat, tetapi setelah beberapa dozen kitaran ia secara beransur-ansur memaparkan kebolehbalikan. Yang mengejutkan, hasilnya kelihatan sama sekali berbeza dengan hasil dalam penulisan.

Pasukan penyelidik itu melakukan satu siri eksperimen yang bertujuan untuk mengungkap mekanisme di sebalik fenomena ini. Di permukaan elektrod itu, produk nyahcas itu membentuk satu antara lapisan kalsium oksida (CaxOy), di mana produk nyahcas bagi oksigen, yang dikenali sebagai superoksida, terkurung, yang memungkinkan superoksida kemudian dioksidakan dengan mudah. Ini menunjukkan bahawa oksigen boleh berulang kali dioksidakan/dikurangkan, sehingga sel itu dapat terus dinyahcas/dicas semula.

Dr. Alex Neale, seorang penyelidik pasca kedoktoran Liverpool, yang juga merupakan sebahagian daripada pasukan penyelidik itu, berkata bahawa melalui penyelidikan elektrokimia dan spektroskopi yang sistematik, pasukan itu mula memahami asal-usul mekanisme penyimpanan cas ini yang memudahkan satu tahap kebolehbalikan yang sebelumnya tidak dapat dilihat bagi sistem yang berasaskan bateri udara kalsium.

Prof. Hardwick berkata bahawa pasukan itu akan memberi tumpuan kepada mencipta sistem baharu bateri yang menggunakan mekanisme penyimpanan cas yang baru ditemui itu.

Beliau menambah bahawa penyelidikan koperasi itulah yang memungkinkan penemuan mereka, dan terdapat perancangan untuk kerjasama yang lebih erat di antara NTHU dan UoL pada masa hadapan. – Bernama