Model balon membuka gap muatan baterai

Proses kimiawi yang sangat sederhana muncul pada beberapa baterai telah mengaburkan suatu kesempatan guna meningkatkan efisiensi energi menurut para ilmuwan dari Slovenia Jerman. Beberapa model yang sama untuk penyimpanan partikel yang terhubung  – termasuk pengisian balon dari sumber yang sama  – sebenarnya sama – sama terpengaruh, kata mereka.

‘Orang – orang mengasumsikan bahwa tempat penyimpanan tekanan yang umum akan memenuhi balon tersebut yang dilekatkan pada bagian tersebut secara simultan jelas Miran Gaberscek. Gaberscek, kepala lab bahan elektrokimiawi pada Slovenia’s National Institute of Chemistry, menyatakan bahwa para peneliti melihat bahan penyimpanan baterai secara sama.  Beberapa partikel baterai individual telah menunjukkan pengisian dengan beberapa ion secara gradual, namun Gaberscek dan timnya sekarang mengatakan bahwa beberapa kelompok partikel dapat menukar isi mereka. Hal ini mengarahkan pada beberapa fenomena pengisian yang tidak diharapkan. ‘Di suatu baterai ada milyaran partikel,’ kata Gaberscek. ‘Hal ini membuat suatu perbedaan yang besar.’

Ide Gaberscek mengenai partikel yang terhubung terinspirasi oleh gap antara pemuatan dan pelepasan voltase baterai pada arus nol. Pada masalah ini, baterai harus berada pada titik keseimbangan, namun gap voltase ini mengindikasikan yang tidak semestinya. Untuk menginvestigasi kenapa hal ini terjadi, mahasiswa Gaberscek yaitu Joze Moskon secara pelan – pelan memberi muatan dan melepaskan bahan baterai LiFePO₄. Saat tersisa selama dua hari, voltase mereka berubah, yang menyarankan proses yang diacuhkan sebelumnya.

Kelompok dari Slovenia ini lalu bekerja sama dengan Weierstrass Institute for Applied Analysis dari Jerman dan Stochastics guna mengkonstruksikan model teoritis dari profil energi termodinamika dalam pemuatan bahan baterai. ‘Saat pengisian beberapa partikel kita memerlukan untuk mengatasi rintangan energi inheren,’ kata Gaberscek. Rintangan pada ion lithium yang memasuki suatu bahan penyimpanan seperti resistensi elastis balon pada pemompaan pertamanya, jelasnya.

Hingga sekarang ini para ilmuwan mengasumsikan bahwa ion lithium secara tetap dan simultan mengisi beberapa partikel penyimpanan (skenario 1). Sekarang ini para peneliti mengatakan bahwa Li yang mengganti antara beberapa partikel kelihatannya menghasilkan beberapa partikel individual yang mengisi secara terpisah dsatu dengan lainnya (skenario 2), dengan pergerakan yang menyebabkan kerugian energi.

Mereka menemukan bahwa satu balon atau partikel yang melewati rintangan dan mengisi secara sepenuhnya memerlukan energi yang sedikit dari pada pengisian keseluruh kelompok secara parsial. Dengan konsekwensi bahwa beberapa partikel memuat satu setelah yang lainnya secara individual, dari pada secara simultan. ‘Hal ini mungkin saja karena satu partikel dapat mengambil muatan dari kesemuanya dari yang lain,’ jelas Gaberscek. ‘Anda kehilangan energi dari pergerakan ini dari isi lithium.’ Untuk menghindari pergantian ini, dia mengatakan, akan memerlukan bahan penyimpanan tanpa suatu rintangan energi. ‘Anda harus menciptakan partikel baterai dengan profil potensi yang homogen,’ kata Gaberscek.

‘Hal ini menggaris bawahi bahwa kita tidak memahami apa yang terjadi pada baterai ion lithium secara detail,’ kata Marnix Wagemaker, seorang peneliti baterai pada Delft University of Technology, The Netherlands. Dia menekankan bahwa gap voltase ini – sekitar 5mV pada baterai 3V – tidaklah problematis, tetapi menyatakan bahwa pemahaman asal muasalnya akan sangat penting.

Andy Extance

Referensi

W Dreyer et al, Nature Materials, 2010, DOI: 10.1038/NMAT2730