Para peneliti CU Boulder telah membuat terobosan dalam memahami pergerakan ion dalam material berpori, yang berpotensi memungkinkan pengisian superkapasitor yang lebih cepat dan mengubah penyimpanan energi untuk perangkat elektronik dan jaringan listrik. Kredit: SciTechDaily.com
Para ilmuwan di CU Boulder telah menemukan bagaimana ion bergerak melalui pori-pori kecil, yang berpotensi meningkatkan penyimpanan energi dalam perangkat seperti superkapasitor. Penelitian mereka memperbarui hukum Kirchhoff, dengan implikasi signifikan bagi penyimpanan energi dalam kendaraan dan jaringan listrik.
Bayangkan jika laptop atau ponsel lama Anda dapat diisi dayanya dalam semenit, atau jika mobil listrik dapat diisi dayanya hingga penuh hanya dalam 10 menit. Meskipun hal ini belum memungkinkan, penelitian baru oleh tim ilmuwan di CU Boulder berpotensi mewujudkan kemajuan ini.
Diterbitkan di Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan NasionalPara peneliti di laboratorium Ankur Gupta telah menemukan bagaimana partikel bermuatan kecil, yang disebut ion, bergerak melalui jaringan pori-pori yang sangat kecil. Terobosan ini dapat mengarah pada pengembangan perangkat penyimpanan energi yang lebih efisien, seperti superkapasitor, kata Gupta, asisten profesor teknik kimia dan biologi.
Aplikasi Teknik Kimia
“Mengingat peran penting energi bagi masa depan planet ini, saya merasa terinspirasi untuk menerapkan pengetahuan teknik kimia saya untuk mengembangkan perangkat penyimpanan energi,” kata Gupta. “Rasanya topik ini kurang dieksplorasi, jadi ini adalah kesempatan yang sempurna.”
Gupta menjelaskan bahwa beberapa teknik rekayasa kimia digunakan untuk mempelajari aliran dalam bahan berpori seperti reservoir minyak dan penyaringan air, tetapi teknik ini belum sepenuhnya dimanfaatkan dalam beberapa sistem penyimpanan energi.
Penemuan ini penting tidak hanya untuk penyimpanan energi di kendaraan dan perangkat elektronik tetapi juga untuk jaringan listrik, di mana permintaan energi yang berfluktuasi memerlukan penyimpanan yang efisien untuk menghindari pemborosan selama periode permintaan rendah dan untuk memastikan pasokan cepat selama permintaan tinggi.
Keuntungan Superkapasitor
Superkapasitor, perangkat penyimpanan energi yang mengandalkan akumulasi ion di pori-porinya, memiliki waktu pengisian daya yang cepat dan masa pakai yang lebih lama dibandingkan dengan baterai.
“Daya tarik utama superkapasitor adalah kecepatannya,” kata Gupta. “Jadi, bagaimana kita dapat mempercepat pengisian dan pengeluaran energi? Dengan menggerakkan ion secara lebih efisien.”
Temuan mereka mengubah hukum Kirchhoff, yang telah mengatur aliran arus dalam rangkaian listrik sejak tahun 1845 dan merupakan pokok bahasan utama dalam kelas sains sekolah menengah. Tidak seperti elektron, ion bergerak karena medan listrik dan difusi, dan para peneliti menentukan bahwa pergerakan ion pada sambungan pori berbeda dari yang dijelaskan dalam hukum Kirchhoff.
Sebelum penelitian ini, pergerakan ion hanya dijelaskan dalam literatur dalam satu pori lurus. Melalui penelitian ini, pergerakan ion dalam jaringan kompleks yang terdiri dari ribuan pori yang saling terhubung dapat disimulasikan dan diprediksi dalam hitungan menit.
“Itulah lompatan dari pekerjaan ini,” kata Gupta. “Kami menemukan mata rantai yang hilang.”
Referensi: “Model jaringan untuk memprediksi transportasi ionik dalam bahan berpori” oleh Filipe Henrique, Paweł J. Żuk dan Ankur Gupta, 24 Mei 2024, Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
DOI: 10.1073/pnas.2401656121
NewsRoom.id
