Bagaimana MXene menyimpan energi padahal bahan itu merupakan serpihan tipis beberapa nanometer? Para ahli dari Departemen Teknik Mesin Universitas Carnegie Mellon mengembangkan sistem material baru: lembaran nano MXene 2D menjadi struktur 3D.
Bagian kiri tengah: b) Sampel silika berpori infiltrasi MXene dengan gambar 3D yang diperbesar menunjukkan lapisan tipis permukaan pori internal dengan serpihan MXene sambil mempertahankan porositas struktural.
Gambar SEM hamburan balik perbesaran tinggi dari sampel yang diinfiltrasi menunjukkan lapisan MXene lapisan tipis (batang skala = 10 µm).
Bagian kiri bawah: c) Dispersi MXena dibuat menggunakan metode delaminasi lapisan intensif minimal (MILD). Bagian kiri bawah: d) Distribusi diameter hidrodinamik nanosheet Ti3C2Tx 2D untuk dispersi MXene yang disiapkan. Model padat dari serpihan 2D yang tersebar diberikan di sisipan.
Pada bagian tengah bawah: e) Gambar TEM menunjukkan struktur dan ukuran nanosheet Ti3C2Tx satu lapis dengan panah yang menunjukkan pinggirannya. Pewarnaan palsu (ungu) digunakan untuk membantu visualisasi.
Bagian bawah kanan: f) Hasil analisis termogravimetri (TGA) untuk sisa massa dispersi MXene sebagai fungsi suhu. Nilai massa pada 200°C digunakan untuk menghitung konsentrasi dispersi MXene. (Foto/@: phys.org)
Penulis: Kaitlyn Landram* Editor; Rayendra L Toruan
mmINDUSTRI.co.id – Teknik Mesin Universitas Carnegie Mellon/phys.org (sumber): Tim peneliti bertekad membuktikan bahwa MXene menyimpan energi.
Dengan sejumlah sifat yang mengesankan, karbida logam transisi, umumnya disebut sebagai MXenes, merupakan bahan nano menarik yang sedang dieksplorasi di sektor penyimpanan energi. MXenes adalah material dua dimensi yang terdiri dari serpihan setipis beberapa nanometer.
Kekuatan mekaniknya yang luar biasa dengan rasio permukaan terhadap volume yang sangat tinggi, dan stabilitas elektrokimia yang unggul menjadikan bahan ini sebagai material yang menjanjikan sebagai superkapasitor.
Kuncinya: selama bahan ini dapat disusun dalam arsitektur 3D di mana terdapat volume material nano yang cukup dan permukaannya yang besar. tersedia untuk reaksi.
Selama pemrosesan, MXene cenderung menyusun ulang, sehingga mengganggu aksesibilitas dan menghambat kinerja masing-masing serpihan, sehingga mengurangi beberapa keunggulan signifikannya.
Untuk mengatasi kendala tersebut, Rahul Panat dan Burak Ozdoganlar, serta Mert Arslanoglu dari Departemen Teknik Mesin di Universitas Carnegie Mellon, Amerika Serikat, mengembangkan sistem material yang sepenuhnya baru dan menyusun lembaran nano MXene 2D menjadi struktur 3D.
Hal ini dilakukan dengan menginfiltrasi MXene ke dalam perancah keramik berpori atau dinamai tulang punggung. Tulang punggung keramik dibuat dengan menggunakan teknik freeze-casting yang menghasilkan struktur pori terbuka dengan dimensi pori terkontrol dan arah pori.
Lebih jelasnya, cara ini dilakukan dengan menyusupkan MXene ke dalam kerangka keramik berpori, atau tulang di bagian belakang.
Tulang bagian belakang keramik dibuat dengan menggunakan teknik pembekuan-pengecoran, yang menghasilkan struktur pori terbuka dengan dimensi dan arah pori yang terkendali. Studi ini diterbitkan di jurnal Advanced Materials tulis phys.org
Jurnal Advanced Materials melaporkan MXene menyimpan energi
“Kami mampu menyusupkan serpihan MXene yang terdispersi dalam pelarut ke dalam struktur keramik berpori yang dibekukan,” jelas Rahul Panat, seorang profesor teknik mesin.
Ia melanjutkan, saat sistem mengering, serpihan MXene 2D secara seragam melapisi permukaan internal pori-pori keramik yang saling berhubungan tanpa kehilangan atribut penting apa pun.
Seperti dijelaskan dalam publikasi mereka sebelumnya, pelarut yang digunakan dalam pendekatan pengecoran beku adalah bahan kimia yang disebut camphene yang menghasilkan struktur dendritik mirip pohon ketika dibekukan.
Jenis distribusi pori lainnya juga dapat diperoleh dengan menggunakan pelarut yang berbeda.
Untuk menguji sampel, tim peneliti membuat superkapasitor dua elektroda “tipe sandwich” dan menghubungkannya ke lampu LED dengan tegangan operasi 2,5V.
Superkapasitor berhasil menyalakan cahaya dengan nilai kepadatan daya dan kepadatan energi yang lebih tinggi daripada yang diperoleh sebelumnya untuk superkapasitor berbasis MXene.
“Kami tidak hanya menunjukkan cara luar biasa untuk memanfaatkan MXene, kami juga melakukannya dengan cara yang dapat direproduksi dan terukur,” kata Burak Ozdoganlar, yang juga seorang profesor teknik mesin.
“Sistem material baru kami dapat diproduksi secara massal dengan dimensi yang diinginkan untuk digunakan pada perangkat komersial. Kami yakin hal ini dapat berdampak besar pada perangkat penyimpanan energi, dan juga pada aplikasi seperti kendaraan Listrik,” papar Burak Ozdoganlar.
Dengan hasil eksperimen yang luar biasa dan konduktivitas listrik yang dapat disesuaikan dengan mengontrol konsentrasi MXene dan porositas tulang punggung, sistem material ini memiliki potensi yang luas untuk baterai, sel bahan bakar, sistem dekarbonisasi, dan perangkat katalitik.
Menurut tim peneliti, dunia mungkin melihat superkapasitor MXene memberi daya pada kendaraan listrik suatu hari nanti.
“Pendekatan kami dapat diterapkan pada material berskala nano lainnya, seperti graphene, dan tulang punggungnya dapat dibuat dari material selain keramik, termasuk polimer dan logam,” kata Rahul Panat. “Struktur ini dapat memungkinkan berbagai penerapan teknologi baru dan baru.”
Menurut laman phys.org, MXene memiliki konduktivitas listrik dan termal yang tinggi, serta memiliki kekuatan mekanik yang baik. MXene juga memiliki kapasitas penyimpanan energi yang tinggi dan dapat digunakan dalam berbagai aplikasi seperti baterai dan superkapasitor.
Kaitlyn Landram penulis ini memilih Advanced Materials untuk mempublikasikan tulisannya yang dikelola Carnegie Mellon University Mechanical Engineering, Pittsburgh, Pennsylvania, Amerika Serikat.
Memperluas Ekspansi Bisnis Tugas Utama Ivar Vatne 