Struktur tiga dimensi ringan baru yang dikembangkan oleh para peneliti meningkatkan pengangkutan ion litium dalam baterai, menunjukkan peningkatan stabilitas dan kepadatan energi, serta memiliki potensi untuk aplikasi industri.
Struktur polimer tiga dimensi baru yang dikembangkan oleh peneliti POSTECH dan KIER secara signifikan meningkatkan pengangkutan ion litium dan kinerja baterai, sehingga menunjukkan harapan besar untuk komersialisasi di masa depan.
Sama seperti rambu-rambu jalan yang memandu wisatawan dengan arah dan jarak untuk mencegah mereka tersesat, “rambu-rambu” dalam konteks tertentu juga menawarkan panduan serupa. Baru-baru ini, di bidang kimia, struktur yang memiliki peran serupa telah diidentifikasi, sehingga memicu minat besar di kalangan civitas akademika.
Profesor Soojin Park dan Dong-Yeob Han, kandidat PhD, dari Departemen Kimia di Universitas Sains dan Teknologi Pohang (POSTECH) berkolaborasi dengan Dr. Gyujin Song dari Institut Penelitian Energi Korea (KIER) dan tim peneliti di POSCO N.EX.T HUB telah mengembangkan struktur polimer tiga dimensi. Struktur ringan ini memfasilitasi pengangkutan ion litium (Li). Penelitian mereka baru-baru ini dipublikasikan di jurnal internasional Advanced Science edisi online.
Kemajuan Teknologi Baterai
Teknologi baterai yang digunakan pada perangkat elektronik seperti kendaraan listrik dan smartphone terus berkembang. Secara khusus, anoda logam litium memiliki kapasitas energi 3.860 mAh/g, lebih dari sepuluh kali lipat anoda grafit yang saat ini dikomersialkan. Anoda logam litium dapat menyimpan lebih banyak energi dalam ruang yang lebih kecil dan, tidak seperti grafit atau silikon, dapat berpartisipasi langsung dalam reaksi elektrokimia sebagai elektroda.
Namun, selama proses pengisian dan pengosongan, distribusi ion litium yang tidak merata menciptakan area yang disebut “Li mati”, yang mengurangi kapasitas dan kinerja baterai. Selain itu, jika litium tumbuh ke satu arah, ia dapat mencapai katoda di sisi berlawanan, sehingga menyebabkan korsleting internal. Meskipun penelitian terbaru berfokus pada optimalisasi pengangkutan litium dalam struktur tiga dimensi, sebagian besar struktur ini bergantung pada logam berat, sehingga secara signifikan mengurangi kepadatan energi per berat baterai.
Representasi skema geometri internal struktur hibrida setelah elektrodeposisi litium. Kredit: POSTECH
Struktur Tiga Dimensi yang Inovatif untuk Anoda
Untuk mengatasi masalah ini, tim mengembangkan struktur berpori hibrida menggunakan polivinil alkohol, polimer ringan dengan afinitas tinggi terhadap ion litium, dikombinasikan dengan tabung nano karbon berdinding tunggal dan nanosfer karbon.
Struktur ini lima kali lebih ringan dibandingkan pengumpul tembaga (Cu) yang biasanya digunakan dalam anoda baterai dan memiliki afinitas tinggi terhadap ion litium, memfasilitasi migrasinya melalui ruang dalam struktur berpori tiga dimensi dan memungkinkan elektrodeposisi litium yang seragam.
Dalam percobaan, baterai anoda logam litium yang menggabungkan struktur tiga dimensi tim menunjukkan stabilitas tinggi setelah lebih dari 200 siklus pengisian-pengosongan dan mencapai kepadatan energi tinggi sebesar 344 Wh/kg (energi terhadap berat sel total). Khususnya, eksperimen ini dilakukan menggunakan sel kantong, yang mewakili aplikasi industri sebenarnya, dan bukan sel koin skala laboratorium, sehingga menyoroti potensi komersialisasi teknologi yang kuat.
Profesor Soojin Park dari POSTECH mengungkapkan pentingnya penelitian ini dengan menyatakan, “Penelitian ini membuka kemungkinan baru untuk memaksimalkan kepadatan energi baterai logam litium.” Gyujin Song dari KIER menekankan, “Struktur ini, yang menggabungkan sifat ringan dengan kepadatan energi tinggi, mewakili terobosan dalam teknologi baterai masa depan.”
Referensi: “Kinetika Densifikasi Litium yang Mudah oleh Konduktor Hiperporus/Hibrida untuk Baterai Logam Litium Kepadatan Energi Tinggi” oleh Dong-Yeob Han, Saehun Kim, Seoha Nam, Gayoung Lee, Hongyeul Bae, Jin Hong Kim, Nam-Soon Choi, Gyujin Song dan Taman Soojin, 22 April 2024, Sains Tingkat Lanjut.
DOI: 10.1002/advs.202402156
Penelitian ini dilakukan dengan dukungan proyek Kementerian Sains dan TIK.
NewsRoom.id
