Ilmuwan China atasi masalah utama pada baterai litium ‘all-solid-state’

Baterai litium dengan elektrolit padat sepenuhnya (all-solid-state), yang dijuluki sebagai ‘harta karun’ teknologi penyimpanan energi generasi mendatang, telah lama menghadapi masalah yang menantang, yakni cara menjaga kontak yang erat antara elektrolit padat dan elektrode logam litium.

 

Beijing, China (Xinhua/Indonesia Window) – Baterai litium dengan elektrolit padat sepenuhnya (all-solid-state), yang dijuluki sebagai ‘harta karun’ teknologi penyimpanan energi generasi mendatang, telah lama menghadapi masalah yang menantang, yakni cara menjaga kontak yang erat antara elektrolit padat dan elektrode logam litium.

Tim ilmuwan China mengembangkan antarmuka yang dapat beradaptasi secara mandiri (self-adaptive interphase) dalam baterai litium all-solid-state yang mampu mempertahankan kontak erat antara anode logam litium dan elektrolit padat tanpa tekanan eksternal, sebuah terobosan yang berhasil mengatasi hambatan utama menuju komersialisasi teknologi ini.

Temuan ini telah dipublikasikan di dalam jurnal Nature Sustainability.

Metode-metode konvensional mengharuskan penggunaan tekanan konstan dari peralatan eksternal yang besar, sehingga membuat baterai menjadi terlalu besar dan berat dalam praktik penggunaannya.

Para peneliti dari Institut Fisika di Akademi Ilmu Pengetahuan China (Chinese Academy of Sciences/CAS), Institut Teknologi dan Rekayasa Material Ningbo CAS, dan Universitas Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Huazhong menemukan bahwa kontak antara elektrode litium dan elektrolit padat sulfida dalam baterai litium all-solid-state masih belum ideal, dengan banyak pori-pori dan retakan kecil yang terbentuk. Masalah-masalah tersebut tidak hanya memperpendek usia baterai, tetapi juga dapat menimbulkan risiko keselamatan.

Untuk mengatasi masalah ini, tim peneliti memasukkan ion iodida ke dalam elektrolit padat sulfida. Selama pengoperasian baterai, ion iodida tersebut bergerak ke antarmuka elektrode di bawah pengaruh medan listrik dan membentuk antarmuka yang kaya dengan iodin.

Antarmuka ini dapat secara aktif menarik ion litium sehingga secara otomatis mengisi semua celah dan pori-pori, seperti proses menyembuhkan diri sendiri (self-healing), sehingga mempertahankan kontak yang erat antara elektrode dan elektrolit.

Baterai purwarupa yang dikembangkan dengan teknologi ini menunjukkan performa yang stabil dan sangat baik, bahkan setelah ratusan siklus pengisian-pengosongan (charge-discharge cycle) muatan di bawah kondisi pengujian standar, jauh melampaui level baterai sejenis yang ada sekarang.

Teknologi ini berpotensi mewujudkan baterai masa depan dengan kepadatan energi melebihi 500 watt-jam per kilogram (Wh/kg), yang berpotensi meningkatkan usia pakai baterai pada perangkat elektronik paling tidak dua kali lipat, ujar Huang Xuejie dari Institut Fisika CAS, salah satu penulis koresponden dari makalah penelitian tersebut.

Terobosan ini akan mempercepat pengembangan baterai litium all-solid-state dengan kepadatan energi tinggi, yang diperkirakan akan memainkan peran signifikan dalam bidang robot humanoid, penerbangan listrik, kendaraan listrik, dan bidang lainnya, sehingga memberikan solusi energi yang lebih aman dan efisien, papar Huang.

Wang Chunsheng, pakar baterai solid-state dari Universitas Maryland, menyatakan bahwa penelitian ini secara fundamental telah menyelesaikan masalah utama yang selama ini menghambat komersialisasi baterai litium all-solid-state, menandai langkah penting menuju penerapan praktisnya.

Laporan: Redaksi