Katalis berbasis besi membantu baterai zinc-air memberi daya pada perangkat tanpa logam mulia
Para peneliti di Universitas Tohoku telah mengembangkan katalis berbasis besi yang meningkatkan kinerja baterai zinc-air, sebuah teknologi yang dipandang sebagai alternatif berbiaya lebih rendah dibandingkan sistem lithium-ion untuk penyimpanan energi. Tim fokus untuk mengatasi keterbatasan utama reaksi reduksi oksigen (ORR) pada baterai zinc-air. Meskipun baterai zinc-air mengambil oksigen dari udara sekitar dan bukan menyimpannya secara internal, proses ORR relatif lambat sehingga membatasi kinerja baterai secara keseluruhan. Untuk mengatasi masalah ini, para peneliti merekayasa antarmuka hetero yang menggabungkan oksida besi (Fe2O3) dan samarium oksida (Sm2O3). Antarmuka tersebut mengubah perilaku elektron pada permukaan katalis, membantu mempercepat kinetika reaksi dan meningkatkan efisiensi baterai. Menurut para peneliti, katalis tersebut melemahkan ikatan berlebihan antara situs besi dan zat antara hidroksil, sehingga memungkinkan reaksi berjalan lebih lancar dan mengurangi salah satu hambatan utama dalam pengoperasian baterai seng-udara. Pengolahan ulang bahan kimia baterai Fe2O3 dipilih karena melimpah, murah, dan stabil dalam kondisi basa yang biasa ditemukan pada baterai zinc-air. Namun, katalis berbahan besi biasanya mengalami interaksi Fe-OH kuat yang memperlambat pelepasan produk reaksi. Antarmuka Fe2O3/Sm2O3 yang baru dikembangkan dirancang untuk mengatasi keterbatasan tersebut. Para peneliti mengatakan redistribusi muatan, hibridisasi orbital, dan modulasi putaran pada antarmuka membantu mengoptimalkan perilaku katalis selama reduksi oksigen. Hasilnya, katalis menghasilkan kinetika ORR yang lebih cepat dan daya tahan yang lebih baik dibandingkan dengan pendekatan konvensional. Pekerjaan ini juga menghindari penggunaan logam mulia yang mahal, yang biasanya digunakan dalam katalis berkinerja tinggi. Tim mengevaluasi material dalam baterai zinc-air solid-state cair dan fleksibel. Di luar pengukuran laboratorium, para peneliti mendemonstrasikan pengoperasian praktis dengan menyalakan lampu LED kecil dan mengisi daya ponsel pintar. “Katalis ini mencapai aktivitas ORR yang tinggi, kinetika reaksi yang lebih baik, daya tahan yang sangat baik, dan kinerja yang unggul dalam baterai zinc-air solid-state cair dan fleksibel,” kata Hao Li, profesor terkemuka di Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR). Baterai zinc-air telah menarik perhatian karena menggunakan bahan yang tersedia secara luas dan secara teoritis dapat menghasilkan kepadatan energi yang tinggi. Tidak seperti baterai lithium-ion, baterai ini mengandalkan oksigen dari atmosfer sebagai bagian dari proses elektrokimia. Para peneliti percaya bahwa peningkatan kinerja katalis dapat membantu menjadikan teknologi ini lebih praktis untuk aplikasi dunia nyata, termasuk perangkat elektronik portabel, perangkat yang dapat dikenakan, dan sistem penyimpanan energi skala besar. “Bagi masyarakat umum, ini berarti kita semakin dekat dengan teknologi energi bersih yang terjangkau dan berkelanjutan,” kata Li. Para peneliti mengatakan penelitian ini menunjukkan jalur potensial menuju penyimpanan energi berbiaya lebih rendah dengan mengganti katalis logam mulia dengan bahan yang lebih melimpah sambil mempertahankan kinerja elektrokimia yang kuat. Pekerjaan di masa depan akan fokus pada perluasan strategi pengaturan putaran antarmuka yang digunakan dalam penelitian ini dan mengeksplorasi apakah pendekatan serupa dapat meningkatkan konversi energi dan teknologi penyimpanan lainnya. Temuan ini dipublikasikan di Angewandte Chemie Edisi Internasional.
Diterbitkan : 2026-06-13 00:06:00
sumber : interestingengineering.com
