Menggunakan fenomena Peltier untuk belajar

Artikel ini telah ditinjau sesuai dengan proses dan kebijakan editorial Science X. Para editor telah menekankan atribut berikut sambil memastikan kredibilitas konten:

fakta diverifikasi

publikasi yang ditinjau oleh rekan sejawat

sumber terpercaya

membenarkan

OKE! Para ilmuwan telah mempelajari bagaimana arus listrik menciptakan aliran panas dalam sel baterai lithium-ion. Panas mengalir berlawanan dengan arus listrik, sehingga mengakibatkan suhu lebih tinggi pada sisi tempat arus masuk ke dalam sel. Kredit: Sekolah Tinggi Teknik Grainger di Universitas Illinois Urbana-Champaign

× tutup

Para ilmuwan telah mempelajari bagaimana arus listrik menciptakan aliran panas dalam sel baterai lithium-ion. Panas mengalir berlawanan dengan arus listrik, sehingga mengakibatkan suhu lebih tinggi pada sisi tempat arus masuk ke dalam sel. Kredit: Sekolah Tinggi Teknik Grainger di Universitas Illinois Urbana-Champaign

Baterai biasanya dipelajari melalui sifat listrik seperti tegangan dan arus, namun penelitian baru menunjukkan bahwa mengamati bagaimana panas mengalir bersamaan dengan listrik dapat memberikan wawasan penting tentang kimia baterai.

Sebuah tim peneliti dari Universitas Illinois Urbana-Champaign telah menunjukkan cara mempelajari sifat kimia sel baterai lithium-ion dengan memanfaatkan efek Peltier, di mana arus listrik menyebabkan sistem menarik panas. Teknik ini, yang diterbitkan dalam jurnal Physical Chemistry Chemical Physics, memungkinkan mereka mengukur secara eksperimental entropi elektrolit litium-ion, suatu sifat termodinamika yang secara langsung dapat menginformasikan desain baterai litium-ion.

“Pekerjaan kami adalah memahami dasar termodinamika ion litium terlarut, informasi yang kami harap akan mengarah pada pengembangan elektrolit yang lebih baik untuk baterai,” kata David Cahill, profesor sains dan teknik material serta pemimpin proyek di Universitas I. “Mengukur pengangkutan muatan listrik dan panas dalam efek Peltier memungkinkan kita memperoleh entropi, kuantitas yang berkaitan erat dengan struktur kimia ion terlarut dan bagaimana mereka berinteraksi dengan bagian lain baterai.”

Efek Peltier dipelajari dengan baik dalam sistem solid state yang digunakan dalam pendinginan dan pendinginan. Namun, sebagian besar masih belum dieksplorasi dalam sistem ionik seperti elektrolit litium. Hal ini karena perbedaan suhu yang dihasilkan oleh pemanasan dan pendinginan Peltier kecil dibandingkan dengan efek lainnya.

Untuk mengatasi hambatan ini, para ilmuwan menggunakan sistem pengukuran yang mampu membedakan seperseratus ribu derajat Celcius. Hal ini memungkinkan para ilmuwan mengukur panas antara kedua ujung sel dan menggunakannya untuk menghitung entropi elektrolit lithium-ion di dalam sel.

“Kami mengukur sifat makroskopis, namun masih mengungkapkan informasi penting tentang perilaku mikroskopis ion,” kata Rosy Huang, mahasiswa pascasarjana di kelompok penelitian Cahill dan salah satu penulis penelitian tersebut. “Pengukuran efek Peltier dan entropi solusi berkaitan erat dengan struktur solvasi. Sebelumnya, peneliti baterai mengandalkan pengukuran energi, namun entropi akan memberikan pelengkap penting terhadap informasi ini, memberikan gambaran sistem yang lebih lengkap.”

Para peneliti meneliti bagaimana fluks panas Peltier bervariasi berdasarkan konsentrasi ion litium, jenis pelarut, bahan elektroda, dan suhu. Dalam semua kasus, mereka mengamati bahwa aliran panas berlawanan dengan arus ion dalam larutan, yang berarti bahwa entropi pelarutan ion litium lebih kecil dibandingkan entropi pelarutan ion litium padat.

Kemampuan untuk mengukur entropi larutan elektrolit litium-ion dapat memberikan informasi penting tentang mobilitas ion yang mengatur siklus pengisian baterai dan bagaimana larutan berinteraksi dengan elektroda, yang merupakan faktor penting dalam masa pakai baterai.

“Aspek desain baterai yang kurang dihargai adalah cairan elektrolitnya tidak stabil secara kimiawi saat bersentuhan dengan elektroda,” kata Cahill. “Baterai selalu terurai membentuk sesuatu yang disebut interfase elektrolit padat. Untuk membuat baterai stabil dalam siklus yang panjang, Anda perlu memahami termodinamika interfase ini, yang dibantu oleh metode kami.”

Zhe Cheng adalah rekan penulis kedua studi ini. Beniamin Zahiri, Patrick Kwon dan profesor sains dan teknik material U. of I Paul Braun juga berkontribusi dalam pekerjaan ini.

Informasi lebih lanjut:
Zhe Cheng dkk, Efek Peltier Ionik pada Elektrolit Li-ion, Kimia Fisika dan Fisika Kimia (2024). DOI: 10.1039/D3CP05998G

Informasi dari buku harian:
Kimia Fisika Fisika Kimia