Ternyata Anda bisa menjadi terlalu kurus — terutama jika Anda memiliki baterai berskala nano.
Para peneliti dari Institut Nasional Standar dan Teknologi (NIST), Universitas Maryland, College Park, dan Sandia National Laboratories membangun serangkaian baterai nanowire untuk menunjukkan bahwa ketebalan lapisan elektrolit dapat secara dramatis mempengaruhi kinerja baterai, secara efektif menetapkan batas bawah untuk ukuran sumber daya kecil. * Hasilnya penting karena ukuran dan kinerja baterai adalah kunci pengembangan MEMS otonom — mesin mikroelektromekanik — yang berpotensi aplikasi revolusioner di berbagai bidang.
Menggunakan mikroskop elektron transmisi, peneliti NIST dapat menonton baterai nanosized individu dengan elektrolit yang berbeda-beda. Tim NIST menemukan bahwa ada kemungkinan batas bawah seberapa tipis lapisan elektrolit dapat dibuat sebelum menyebabkan baterai tidak berfungsi. Kredit Gambar: Talin / NIST
Perangkat MEMS, yang bisa sekecil puluhan mikrometer (yaitu, kira-kira sepersepuluh lebar rambut manusia), telah diusulkan untuk banyak aplikasi dalam pemantauan obat-obatan dan industri, tetapi mereka umumnya membutuhkan kecil, berumur panjang, baterai pengisian cepat untuk sumber listrik. Teknologi baterai saat ini membuat pembuatan mesin-mesin ini jauh lebih kecil dari satu milimeter — yang sebagian besar merupakan baterai itu sendiri — yang membuat perangkat sangat tidak efisien.
Peneliti NIST, Alec Talin dan rekan-rekannya menciptakan hutan yang benar-benar kecil — sekitar 7 mikrometer dan lebar 800 nanometer — baterai ion lithium solid-state untuk mengetahui seberapa kecil mereka dapat dibuat dengan bahan yang ada dan untuk menguji kinerjanya.
Dimulai dengan kawat nano silikon, para peneliti menyimpan lapisan logam (untuk kontak), bahan katoda, elektrolit, dan bahan anoda dengan berbagai ketebalan untuk membentuk baterai miniatur. Mereka menggunakan mikroskop elektron transmisi (TEM) untuk mengamati aliran arus di seluruh baterai dan menyaksikan materi di dalamnya berubah saat mereka diisi dan dibuang.
Tim menemukan bahwa ketika ketebalan film elektrolit jatuh di bawah ambang batas sekitar 200 nanometer, ** elektron dapat melewati batas elektrolit alih-alih mengalir melalui kawat ke perangkat dan ke katoda. Elektron yang mengambil jalan pendek melalui elektrolit — korsleting — menyebabkan elektrolit rusak dan baterai cepat habis.
"Yang tidak jelas adalah mengapa elektrolitnya rusak," kata Talin. “Tetapi yang jelas adalah bahwa kita perlu mengembangkan elektrolit baru jika kita akan membangun baterai yang lebih kecil. Bahan utama, LiPON, tidak akan bekerja pada ketebalan yang diperlukan untuk membuat baterai isi ulang kepadatan energi tinggi praktis untuk MEMS otonom. "
* D. Ruzmetov, V.P. Oleshko, P.M. Haney, H.J. Lezec, K. Karki, K.H. Baloch, A.K. Agrawal, A.V. Davydov, S. Krylyuk, Y. Liu, J. Huang, M. Tanase, J. Cumings dan A.A. Talin. Stabilitas elektrolit menentukan batas skala untuk baterai Li-ion 3D solid-state, Nano Letters 12, 505-511 (2011).
** Merupakan data terbaru grup yang dikumpulkan setelah publikasi makalah yang dikutip di atas.