Edison mencoba membuat baterai listrik pada tahun 1901. Para ilmuwan baru saja membuatnya

Thomas Edison sudah membayangkan potensi kendaraan listrik jauh sebelum menjadi tren. Namun semasa hidupnya, kemajuan teknologi pada mobil berbahan bakar bensin mendorong idenya, baterai nikel-besi, ke latar belakang. Sampai sekarang.

Ini adalah fakta yang jarang diketahui: pada tahun 1900an, ada lebih banyak mobil listrik daripada yang bertenaga bensin di jalan-jalan Amerika. Tapi aki mobil asam timbal pada saat itu, atas izin Thomas Edison, mahal dan hanya mempunyai otonomi sekitar 50 km.

Edison pada saat itu mencoba untuk meningkatkan teknologi baterai, dan percaya bahwa baterai besi-nikel adalah masa depan, yang menjanjikan a jangkauan 160 kmmasa pakai yang lama dan waktu isi ulang 7 jamcepat untuk era itu.

Sayangnya, Janji itu tidak pernah menjadi kenyataan. Baterai mobil listrik pertama mengalami keterbatasan yang seriusdan kemajuan dalam mesin pembakaran internal, sebagai tambahan penemuan sumur minyakyang membuat bensin lebih murah, mengarahkan perlombaan ke kendaraan berbahan bakar fosil.

Sekarang merupakan kolaborasi penelitian internasional yang dipimpin bersama oleh UCLA terinspirasi oleh ide Edisondan mengembangkan baterai besi-nikel — yang mungkin tidak mampu menggerakkan mobil, seperti yang dimaksudkan oleh penemunya yang terkenal, namun sangat cocok untuk menyimpan energi yang dihasilkan di taman surya.

Prototipe mampu isi ulang hanya dalam hitungan detik, bukan jamdan mencapai lebih dari 12,000 siklus pengosongan dan pengisian ulang — setara dengan lebih dari 30 tahun pengisian ulang setiap hari.

Teknologi ini dibangun dari aglomerat logam kecil terstandarisasi melalui protein yang kemudian diikat pada bahan dua dimensi, terbuat dari lembaran tebalnya hanya satu atom.

Meskipun bahan-bahannya inovatif, teknik yang digunakan dalam pengembangan baterai, yang disajikan dalam a artikel diterbitkan di majalah Kecil, adalah tampak sederhana dan ekonomis.

“Orang sering berpikir modern nanoteknologi rumit dan berteknologi tinggi, namun pendekatan kami rumit ternyata sangat sederhana dan lugas“, kata ahli biokimia Maher El-Kadydari UCLA, dan rekan penulis penelitian ini.

“Kami hanya mencampur bahan-bahan umummenerapkan langkah pemanasan yang lembut dan menggunakan bahan baku yang tersedia secara luas”, tambah peneliti, dalam penyataan Ya, UCLA.

Baterai yang mendapat bantuan dari biologi

Alam telah memberikan beberapa petunjuk kepada para peneliti. Yang menarik adalah proses dimana hewan membentuk tulang dan moluska membentuk cangkang kerasnya.

Apakah kerangka itu internal atau eksternal, mereka tetap ada terbuat dari protein yang bertindak sebagai perancah untuk mengumpulkan senyawa berbasis kalsium.

Para peneliti mencari meniru mekanisme ini untuk menghasilkan si kecil Anda aglomerat nikel atau besimenjelaskan Ric Kanerpeneliti di UCLA dan penulis yang sesuai artikel tersebut. “Kami terinspirasi oleh cara alam menyimpan bahan-bahan jenis ini.”

“Setor mineral dengan benar membangun tulang yang kuattetapi cukup fleksibel untuk tidak rapuh. Cara pembuatannya hampir sama pentingnya dengan bahan yang digunakan, dan protein memandu cara penempatannya”, jelas peneliti.

Tim menggunakan protein yang ada produk sampingan dari produksi daging sapi. Molekul tersebut berfungsi sebagai templat untuk pertumbuhan kelompok nikel untuk elektroda positif dan besi untuk elektroda negatif.

Os sudut dan celah dalam struktur protein dilipat membatasi ukuran gugus logam menjadi kurang dari 5 nanometer. Ini sangat kecil sehingga memerlukan waktu sekitar 10.000 hingga 20.000 aglomerat sama dengan lebar a rambut manusia. Para peneliti bahkan mendeteksi atom besi dan nikel di elektrodanya.

Protein digabungkan dengan grafena oksidamaterial 2D ultra-tipis yang hadir lembaran setebal satu atom terdiri dari karbon yang dihiasi atom oksigen.

Meskipun oksigen dapat menciptakan penghalang yang menyebabkan bahan tersebut bertindak lebih sebagai isolator, Proses selanjutnya mengubah segalanya.

Bahan-bahan tersebut dipanaskan secara berlebihan dalam air dan kemudian dimasak dengan suhu tinggi, sehingga menyebabkan protein berkarbonisasi menjadi karbonmenghilangkan oksigen dari materi 2D dan menggabungkan gugus logam kecil yang dipandu oleh protein. Struktur yang dihasilkan adalah aerogelterbuat dari hampir 99% udara berdasarkan volume.

Bagian dari saus rahasia teknologi adalah luas permukaan — semakin terbuka, semakin banyak ruang untuk terjadinya reaksi kimia baterai.

Ada banyak ruang di tempat inidisebabkan oleh berkurangnya ketebalan aerogel graphene dan kelebihan ruang kosong. Dan kecilnya cluster nano logam mengambil keuntungan dari prinsip matematika dasar: Saat benda semakin kecil, ukuran permukaan luar yang terbuka meningkat lebih banyak dari volumenya.

“Saat kita beralih dari partikel yang lebih besar ke nanocluster yang sangat kecil ini, luas permukaannya menjadi jauh lebih besar,” kata El-Kady.

“Ini merupakan keuntungan besar bagi bateraiS. Ketika partikel sangat kecil, hampir semua atom dapat berpartisipasi dalam reaksi. Oleh karena itu, bongkar muat terjadi jauh lebih cepatadalah mungkin untuk menyimpan lebih banyak bebandan seluruh baterai bekerja lebih efisien”, peneliti menyimpulkan.