Para saintis di Washington State University telah menemui cara baru untuk meningkatkan prestasi bateri litium-sulfur dengan menggunakan protein jagung sebagai penghalang pelindung. Ini boleh membawa kepada bateri yang lebih ringan dan lebih cekap untuk kenderaan elektrik.
Penyelidik di Washington State University telah melancarkan kaedah baharu untuk meningkatkan prestasi bateri litium-sulfur dengan memasukkan protein jagung sebagai penghalang pelindung. Pendekatan inovatif ini mempunyai potensi untuk merevolusikan industri bateri, terutamanya untuk kenderaan elektrik dan sistem penyimpanan tenaga boleh diperbaharui.
Bateri litium-sulfur dikenali sebagai lebih ringan dan lebih mesra alam berbanding dengan bateri litium-ion mereka. Walau bagaimanapun, penggunaan komersial mereka telah dihalang oleh beberapa cabaran teknologi yang mengehadkan jangka hayat mereka. Kajian pasukan WSU, baru-baru ini diterbitkan dalam Journal of Power Sources, boleh membuka jalan untuk mengatasi halangan ini.
Dengan menyepadukan protein jagung dengan plastik yang biasa digunakan untuk mencipta penghalang pelindung, para penyelidik telah meningkatkan prestasi bateri dengan ketara.
"Kerja ini menunjukkan pendekatan yang mudah dan cekap untuk menyediakan pemisah berfungsi untuk meningkatkan prestasi bateri," kata pengarang yang sepadan dengan Katie Zhong, seorang profesor di Pusat Pengajian Kejuruteraan Mekanikal dan Bahan, dalam satu kenyataan berita. “Hasilnya sangat baik.”
Salah satu kelebihan utama bateri litium-sulfur ialah kapasiti tenaga teori yang tinggi, yang bermaksud bahawa bateri yang lebih kecil dan lebih ringan boleh digunakan dalam pelbagai aplikasi seperti kereta dan kapal terbang.
Selain itu, bateri ini menggunakan sulfur untuk katodnya, bahan yang banyak, murah dan tidak toksik, menjadikannya lebih mesra alam. Sebaliknya, bateri litium-ion menggunakan oksida logam, termasuk logam berat toksik seperti kobalt atau nikel.
Dua isu utama yang telah menghalang penggunaan meluas bateri litium-sulfur ialah "kesan ulang-alik" dan pembentukan dendrit logam litium. Kesan ulang-alik berlaku apabila sulfur berhijrah ke bahagian litium, menyebabkan bateri merosot dengan cepat. Dendrit ialah struktur seperti jarum yang boleh menyebabkan litar pintas.
Para penyelidik WSU menangani masalah ini dengan menggunakan protein jagung sebagai penutup untuk pemisah dalam bateri.
"Protein jagung akan menjadi bahan bateri yang baik kerana ia banyak, semula jadi dan mampan," tambah pengarang yang sepadan bersama Jin Liu, seorang profesor di Pusat Pengajian Kejuruteraan Mekanikal dan Bahan.
Asid amino protein berinteraksi dengan bahan bateri untuk meningkatkan pergerakan ion litium dan mengurangkan kesan ulang-alik.
Pasukan itu juga menambah sejumlah kecil plastik fleksibel kepada protein untuk meningkatkan prestasinya dengan meratakan struktur protein yang dilipat secara semula jadi.
"Perkara pertama yang perlu kita fikirkan ialah cara membuka protein, jadi kita boleh menggunakan interaksi tersebut dan memanipulasi protein," tambah Liu.
Pelajar siswazah Ying Guo, Pedaballi Sireesha dan Chenxu Wang mengetuai kerja konsep dan praktikal dalam projek ini.
Disokong oleh kedua-dua kajian berangka dan eksperimen makmal, penemuan menunjukkan bahawa bateri boleh mengekalkan casnya melebihi 500 kitaran, peningkatan ketara daripada bateri yang tidak mempunyai penghalang jagung pelindung ini.
Pasukan penyelidik kini menumpukan pada simulasi selanjutnya untuk memperhalusi struktur protein dan mengenal pasti asid amino yang paling berkesan.
"Kami perlu melakukan kajian simulasi lanjut untuk mengenal pasti asid amino dalam struktur protein yang boleh berfungsi paling baik untuk menyelesaikan kesan ulang-alik kritikal dan masalah dendrit," tambah Zhong.
Para penyelidik berhasrat untuk bekerjasama dengan rakan kongsi industri untuk meningkatkan proses untuk bateri eksperimen yang lebih besar, memperluaskan aplikasi praktikal dengan lebih jauh lagi.
sumber: Washington State University