Peneliti dari Harvard University menggunakan fisika untuk memecahkan salah satu tantangan terbesar dalam merancang baterai yang ringan dan tahan lama: bagaimana memeras energi sebanyak mungkin yang disimpan ke dalam tempat yang sekecil mungkin.

Para peneliti dari Harvard John A. Paulson School of Engineering dan Applied Sciences (SEAS) dan Departemen Fisika telah mengembangkan sistem elektrokimia yang dapat menyimpan sejumlah besar energi di dalam ruang antara lembaran tipis dua dimensi material berlapis, seperti graphene.

Penelitian ini diterbitkan di Nature.

“Kami mengamati bahwa dengan menumpuk lembaran material yang berbeda, material-material tipis secara atomik, kami dapat merancang kapasitas elektrokimia yang lebih tinggi, meningkatkan akumulasi muatan dalam bahan hibrida hingga lebih dari sepuluh kali lipat,” kata Kwabena Bediako, mantan rekan postdoctoral di SEAS dan penulis pertama dari kertas.

Para peneliti mengeksploitasi efek fisik yang dikenal sebagai gaya van der Waals, yang merupakan ikatan lemah antara molekul berdasarkan jumlah total atom dan jarak, daripada interaksi kimia langsung. Teknik tradisional untuk meningkatkan bahan (membuat elektroda yang lebih baik dalam baterai lithium-ion, misalnya) terbatas pada unsur dan senyawa yang secara kimia dan struktural kompatibel, seperti kobalt dan nikel.

Tapi, dengan mengikat bahan dengan gaya van der Waals, para peneliti menemukan bahwa mereka dapat menggabungkan dua bahan berlapis untuk menciptakan lingkungan elektrokimia baru di ruang “kosong” antara dua lapisan, yang dikenal sebagai antarmuka van der Waals.

Para peneliti menumpuk lapisan boron nitrida, graphene dan molybdenum dichalcogenide (MoX 2) dan menyuntikkan ion lithium di antara lapisan tersebut.

Graphene menyediakan jalur elektronik resistansi rendah, yang pada gilirannya memungkinkan lapisan MoX 2 untuk menahan ion lithium lebih efisien. Pengamatan eksperimental ini dikonfirmasi oleh pemodelan teoritis rinci di mana atom lithium berada. Pemodelan teoritis juga menjelaskan mekanisme penyisipan dan penghapusan atom lithium, langkah penting dalam memahami kemampuan perangkat berfungsi sebagai baterai yang dapat diisi ulang.

“Pada tingkat atom, perangkat elektrokimia ini lebih dari jumlah bagian-bagiannya,” kata Bediako. “Kami telah menciptakan lingkungan elektrokimia yang unik di antara lapisan-lapisan ini dan kami dapat mengukur, mengendalikan, dan menyetelnya untuk menyimpan lebih banyak ion lithium selama periode waktu yang lebih lama dan pada tegangan yang diinginkan.”

Semakin banyak ion lithium yang dapat Anda masukkan ke dalam ruang, semakin tinggi kapasitas baterai; semakin cepat ion keluar, semakin tinggi tegangannya.

“Di luar penyimpanan energi, metode ini untuk memanipulasi dan mengkarakterisasi perilaku elektrokimia sistem berlapis membuka jalur baru untuk mengendalikan kepadatan muatan besar dalam perangkat elektronik dan optoelektronik 2D,” kata Philip Kim, penulis senior dari makalah ini.(ikons.id)