Baterai biasanya dipelajari melalui sifat kelistrikan seperti voltase dan arus, tetapi penelitian baru menunjukkan bahwa mengamati bagaimana panas mengalir bersama dengan listrik dapat memberikan wawasan penting tentang kimia baterai.
Sebuah tim peneliti di University of Illinois Urbana-Champaign telah menunjukkan cara mempelajari sifat kimia sel baterai lithium-ion dengan memanfaatkan efek Peltier, di mana arus listrik menyebabkan sistem menyerap panas. Dilaporkan dalam jurnal Physical Chemistry Chemical Physics , teknik ini memungkinkan mereka untuk mengukur entropi elektrolit lithium-ion secara eksperimental, fitur termodinamika yang dapat secara langsung menginformasikan desain baterai lithium-ion.
“Pekerjaan kami adalah tentang memahami termodinamika fundamental ion litium terlarut, informasi yang kami harap akan memandu pengembangan elektrolit yang lebih baik untuk baterai,” kata David Cahill , seorang profesor sains & teknik material di U. of I. dan pemimpin proyek. “Mengukur perpindahan muatan listrik dan panas yang digabungkan dalam efek Peltier memungkinkan kami untuk menyimpulkan entropi, kuantitas yang terkait erat dengan struktur kimia ion terlarut dan bagaimana mereka berinteraksi dengan bagian lain dari baterai.”
Efek Peltier dipelajari dengan baik dalam sistem solid-state yang digunakan dalam pendinginan dan refrigerasi. Namun, efek ini masih belum banyak dieksplorasi dalam sistem ionik seperti elektrolit litium. Alasannya adalah perbedaan suhu yang dihasilkan oleh pemanasan dan pendinginan Peltier kecil dibandingkan dengan efek lainnya.
Untuk mengatasi hambatan ini, para peneliti menggunakan sistem pengukuran yang mampu menyelesaikan seperseratus ribu derajat Celsius. Hal ini memungkinkan para peneliti untuk mengukur panas antara kedua ujung sel dan menggunakannya untuk menghitung entropi elektrolit ion litium dalam sel.
“Kami mengukur sifat makroskopis, tetapi tetap mengungkapkan informasi penting tentang perilaku mikroskopis ion,” kata Rosy Huang, mahasiswa pascasarjana di kelompok penelitian Cahill dan salah satu penulis utama studi tersebut. “Pengukuran efek Peltier dan entropi larutan terkait erat dengan struktur solvasi. Sebelumnya, peneliti baterai mengandalkan pengukuran energi, tetapi entropi akan memberikan pelengkap penting untuk informasi tersebut yang memberikan gambaran sistem yang lebih lengkap.”
Para peneliti meneliti bagaimana aliran panas Peltier berubah seiring dengan konsentrasi ion litium, jenis pelarut, bahan elektroda, dan suhu. Dalam semua kasus, mereka mengamati bahwa aliran panas berjalan berlawanan arah dengan arus ionik dalam larutan, yang menyiratkan bahwa entropi dari pelarutan ion litium lebih kecil daripada entropi litium padat.
Kemampuan untuk mengukur entropi larutan elektrolit ion litium dapat memberikan wawasan penting tentang mobilitas ion, mengatur siklus pengisian ulang baterai, dan bagaimana larutan berinteraksi dengan elektroda, faktor penting dalam masa pakai baterai.
“Aspek desain baterai yang kurang diperhatikan adalah bahwa elektrolit cair tidak stabil secara kimia saat bersentuhan dengan elektroda,” kata Cahill. “Elektrolit cair selalu terurai dan membentuk sesuatu yang disebut antarmuka elektrolit padat. Untuk membuat baterai stabil dalam siklus yang panjang, Anda perlu memahami termodinamika antarmuka tersebut, yang merupakan tujuan metode kami.”
Leave a Reply