Baru-baru ini, Universitas Sains dan Teknologi King Abdullah (KAUST) mempresentasikan hasil studi yang dapat membantu meningkatkan bahan anoda untuk baterai generasi mendatang.
Menurut laporan tersebut, KAUST mendemonstrasikan penggunaanpulsa laser untuk memodifikasi struktur bahan elektroda alternatif yang menjanjikandisebut "MXene" untuk meningkatkan kapasitas energinya dan sifat kunci lainnya.
Dalam studi tersebut, para ilmuwan menjelaskan bahwa grafit mengandung lapisan datar atom karbon, dan selama pengisian baterai, atom litium disimpan di antara lapisan-lapisan ini dalam proses yang disebut "embedding". Struktur material "MXene" juga mengandung lapisan yang dapat menahan litium, tetapi lapisan ini terbuat dari logam transisi seperti titanium atau molibdenum yang digabungkan dengan atom karbon atau nitrogen, yang membuat material tersebut sangat konduktif.
Lapisan ini juga memiliki atom tambahan, seperti oksigen atau fluor, pada permukaannya. Struktur material "MXene" berbasis molibdenum karbida memiliki kapasitas penyimpanan litium yang sangat baik, tetapi kinerjanya juga memburuk dengan cepat setelah siklus pengisian/pengosongan berulang.
Tim KAUST yang dipimpin oleh Husam N. Alshareef dan Zahra Bayhan menemukan bahwa degradasi ini disebabkan oleh perubahan kimia pada struktur MXene yang membentuk molibdenum oksida.
Untuk mengatasi masalah ini, mereka menggunakan pulsa laser infra merah untuk membuat "nanodot" kecil dari molibdenum karbida dalam struktur bahan "MXene", sebuah proses yang dikenal sebagai "laser cribing". Proses ini disebut "laser cribing". Nanodots ini, yang lebarnya sekitar 10 nanometer, melekat pada lapisan struktur MXene oleh karbon.
Ini menawarkan beberapa keuntungan: Pertama, nanodot menyediakan kapasitas penyimpanan tambahan untuk litium dan mempercepat proses pengisian dan pengosongan. Perawatan laser juga mengurangi kandungan oksigen dari bahan, membantu mencegah pembentukan oksida molibdenum yang bermasalah. Terakhir, koneksi yang kuat antara nanodot dan lapisan meningkatkan konduktivitas listrik dari struktur material "MXene" dan menstabilkannya selama proses pengisian dan pengosongan.
Dalam pernyataan pers, Bayhan berkata, "Ini memberikan cara yang hemat biaya dan cepat untuk menyesuaikan kinerja baterai."
Para peneliti membuat anoda dengan bahan bertulisan laser dan mengujinya dalam baterai lithium-ion dengan lebih dari 1,000 siklus pengisian daya. Dengan nanodots, kapasitas penyimpanan listrik material empat kali lebih tinggi dari MXene asli, hampir mencapai kapasitas maksimum teoretis grafit. Bahan bertulisan laser juga tidak menunjukkan kehilangan kapasitas dalam tes bersepeda.
Mengingat hasil ini, mereka percaya bahwa inskripsi laser dapat digunakan sebagai strategi umum untuk meningkatkan kinerja struktur material "MXenes" lainnya. Ini dapat, misalnya, mengarah pada pengembangan baterai isi ulang generasi baru menggunakan logam yang lebih murah dan lebih melimpah daripada litium. Selain itu, tidak seperti grafit, struktur material MXenes juga dapat disematkan dengan ion natrium dan kalium.
