Para peneliti di Queen Mary University of London, Universitas Cambridge dan Max Planck Institute for Solid State Research telah menemukan bagaimana sejumput garam dapat digunakan untuk meningkatkan kinerja baterai secara drastis.
Mereka menemukan bahwa menambahkan garam ke dalam bagian spons supermolekul dan kemudian memanggangnya pada suhu tinggi bisa mengubah spons menjadi struktur berbasis karbon.
Anehnya, garam bereaksi dengan spons dengan cara khusus dan mengubahnya dari massa homogen menjadi struktur rumit dengan serat, penopang, pilar dan jaring. Jenis struktur karbon 3D yang disusun secara hierarkis ini terbukti sangat sulit dibuat di laboratorium tetapi sangat penting dalam menyediakan transportasi ion yang leluasa bergerak ke lokasi aktif pada baterai.
Dalam studi yang dipublikasikan di JACS (Journal of American Chemical Society), para peneliti menunjukkan bahwa penggunaan bahan-bahan ini dalam baterai Lithium-ion tidak hanya memungkinkan baterai untuk diisi dengan cepat, tetapi juga mencapai kapasitas tertinggi.
Karena arsitekturnya yang rumit, para peneliti telah menamai struktur ini "nano-diatom", dan meyakini juga dapat digunakan dalam penyimpanan energi dan konversi, misalnya sebagai elektrokatalis untuk produksi hidrogen.
Peneliti utama dan pemimpin proyek Dr Stoyan Smoukov, dari Sekolah Teknik dan Sains Material di Queen Mary, mengatakan, "metamorfosis ini hanya terjadi ketika kita memanaskan senyawa menjadi 800 derajat celcius dan secara tak terduga seperti menetaskan kelahiran naga api ketimbang telur panggang yang ada dalam Game of Thrones. Ini sangat memuaskan karena setelah kejutan pertama, kami juga menemukan cara mengendalikan transformasi dengan komposisi kimia."
Karbon, termasuk grafena dan karbon nanotube, adalah keluarga dari bahan yang paling serbaguna di alam, yang digunakan dalam katalisis dan elektronik karena sifat konduktivitas dan kimia dan stabilitas termalnya.
Struktur nano berbasis karbon 3D dengan berbagai tingkat hierarki tidak hanya dapat mempertahankan sifat fisik yang berguna seperti konduktivitas elektronik yang baik tetapi juga dapat memiliki sifat yang unik. Bahan berbasis karbon 3D ini dapat menunjukkan keterbasahan yang ditingkatkan (untuk memfasilitasi infiltrasi ion), kekuatan tinggi per satuan berat, dan jalur pengarahan untuk transportasi cairan.
Namun demikian, sangat sulit membuat struktur hierarkis karbon bertingkat, terutama melalui jalur kimia sederhana, namun struktur ini akan berguna jika bahan-bahan tersebut harus dibuat dalam jumlah besar untuk industri.
Spons supermolekul yang digunakan dalam penelitian ini juga dikenal sebagai bahan kerangka metal organik (MOF). MOF ini menarik, material berpori yang dirancang secara molekuler dengan banyak aplikasi yang menjanjikan seperti penyimpanan dan pemisahan gas. Retensi luas permukaan yang tinggi setelah karbonisasi - atau dipanggang pada suhu tinggi - membuat mereka menarik sebagai bahan elektroda untuk baterai. Namun demikian, sejauh ini MOF yang menghasilkan karbonisasi telah mempertahankan struktur partikel awal seperti busa karbon yang padat. Dengan menambahkan garam ke spons MOF dan mengkarbonisasi mereka, para peneliti menemukan serangkaian bahan berbasis karbon dengan berbagai level hierarki.
Dr R. Vasant Kumar, kolaborator pada studi ini dari University of Cambridge, mengatakan, "penelitian ini mendorong penggunaan MOF ke tingkat yang baru. Strategi untuk penstrukturan bahan karbon dapat menjadi sangat penting tidak hanya dalam penyimpanan energi tetapi juga dalam konversi energi, dan penginderaan."
Peneliti utama, Tiesheng Wang, dari University of Cambridge, mengatakan," secara potensial, kita dapat mendesain nano-diatom dengan struktur yang diinginkan dan situs aktif yang digabung dalam karbon karena ada ribuan MOF dan garam yang bisa kita pilih."
Science Newsline
Mereka menemukan bahwa menambahkan garam ke dalam bagian spons supermolekul dan kemudian memanggangnya pada suhu tinggi bisa mengubah spons menjadi struktur berbasis karbon.
Anehnya, garam bereaksi dengan spons dengan cara khusus dan mengubahnya dari massa homogen menjadi struktur rumit dengan serat, penopang, pilar dan jaring. Jenis struktur karbon 3D yang disusun secara hierarkis ini terbukti sangat sulit dibuat di laboratorium tetapi sangat penting dalam menyediakan transportasi ion yang leluasa bergerak ke lokasi aktif pada baterai.
Dalam studi yang dipublikasikan di JACS (Journal of American Chemical Society), para peneliti menunjukkan bahwa penggunaan bahan-bahan ini dalam baterai Lithium-ion tidak hanya memungkinkan baterai untuk diisi dengan cepat, tetapi juga mencapai kapasitas tertinggi.
Karena arsitekturnya yang rumit, para peneliti telah menamai struktur ini "nano-diatom", dan meyakini juga dapat digunakan dalam penyimpanan energi dan konversi, misalnya sebagai elektrokatalis untuk produksi hidrogen.
Peneliti utama dan pemimpin proyek Dr Stoyan Smoukov, dari Sekolah Teknik dan Sains Material di Queen Mary, mengatakan, "metamorfosis ini hanya terjadi ketika kita memanaskan senyawa menjadi 800 derajat celcius dan secara tak terduga seperti menetaskan kelahiran naga api ketimbang telur panggang yang ada dalam Game of Thrones. Ini sangat memuaskan karena setelah kejutan pertama, kami juga menemukan cara mengendalikan transformasi dengan komposisi kimia."
Karbon, termasuk grafena dan karbon nanotube, adalah keluarga dari bahan yang paling serbaguna di alam, yang digunakan dalam katalisis dan elektronik karena sifat konduktivitas dan kimia dan stabilitas termalnya.
Struktur nano berbasis karbon 3D dengan berbagai tingkat hierarki tidak hanya dapat mempertahankan sifat fisik yang berguna seperti konduktivitas elektronik yang baik tetapi juga dapat memiliki sifat yang unik. Bahan berbasis karbon 3D ini dapat menunjukkan keterbasahan yang ditingkatkan (untuk memfasilitasi infiltrasi ion), kekuatan tinggi per satuan berat, dan jalur pengarahan untuk transportasi cairan.
Namun demikian, sangat sulit membuat struktur hierarkis karbon bertingkat, terutama melalui jalur kimia sederhana, namun struktur ini akan berguna jika bahan-bahan tersebut harus dibuat dalam jumlah besar untuk industri.
Spons supermolekul yang digunakan dalam penelitian ini juga dikenal sebagai bahan kerangka metal organik (MOF). MOF ini menarik, material berpori yang dirancang secara molekuler dengan banyak aplikasi yang menjanjikan seperti penyimpanan dan pemisahan gas. Retensi luas permukaan yang tinggi setelah karbonisasi - atau dipanggang pada suhu tinggi - membuat mereka menarik sebagai bahan elektroda untuk baterai. Namun demikian, sejauh ini MOF yang menghasilkan karbonisasi telah mempertahankan struktur partikel awal seperti busa karbon yang padat. Dengan menambahkan garam ke spons MOF dan mengkarbonisasi mereka, para peneliti menemukan serangkaian bahan berbasis karbon dengan berbagai level hierarki.
Dr R. Vasant Kumar, kolaborator pada studi ini dari University of Cambridge, mengatakan, "penelitian ini mendorong penggunaan MOF ke tingkat yang baru. Strategi untuk penstrukturan bahan karbon dapat menjadi sangat penting tidak hanya dalam penyimpanan energi tetapi juga dalam konversi energi, dan penginderaan."
Peneliti utama, Tiesheng Wang, dari University of Cambridge, mengatakan," secara potensial, kita dapat mendesain nano-diatom dengan struktur yang diinginkan dan situs aktif yang digabung dalam karbon karena ada ribuan MOF dan garam yang bisa kita pilih."
Science Newsline
Comments
Post a Comment