Baterai litium-ion yang dapat diisi ulang memainkan peran penting dalam transisi energi, namun elektroda oksida berlapisnya menjadi tidak stabil selama pengisian daya, sehingga mengurangi masa pakainya. Dengan memasukkan gangguan kimiawi jarak pendek ke dalam bahan elektroda, para peneliti telah meningkatkan stabilitas struktural, sehingga menghasilkan siklus hidup yang lebih lama dan waktu pengisian yang lebih singkat.
Apa yang menentukan siklus hidup baterai? Dan yang lebih penting, bagaimana kita bisa memperluasnya? Sebuah tim peneliti internasional yang dipimpin oleh TU Delft telah menemukan bahwa gangguan lokal pada bahan katoda oksida meningkatkan frekuensi pengisian dan pengosongan baterai Li-ion. Hasilnya telah dipublikasikan di Alam.
Elektroda tidak stabil
Baterai yang dapat diisi ulang merupakan unsur utama dalam transisi energi, terutama saat ini karena semakin banyak energi terbarukan yang tersedia. Di antara banyak jenis baterai isi ulang, baterai Li-ion termasuk yang paling kuat dan banyak digunakan. Untuk menghubungkannya secara elektrik, oksida berlapis sering digunakan sebagai elektroda. Namun, struktur atomnya menjadi tidak stabil saat baterai diisi. Hal ini pada akhirnya mempengaruhi siklus hidup baterai.
Gangguan lokal
Untuk mengatasi masalah ini, kelompok ‘Penyimpanan Energi Elektrokimia’ di TU Delft bekerja sama dengan peneliti internasional. Penulis utama makalah ini, Qidi Wang: “Lapisan oksida yang digunakan sebagai bahan katoda untuk baterai Li-ion tertata rapi. Kami melakukan studi desain struktur untuk memasukkan gangguan kimia jangka pendek ke dalam bahan ini melalui metode sintesis yang ditingkatkan. Hasilnya, menjadi lebih stabil saat menggunakan baterai.”
Stabilitas struktural yang ditingkatkan hampir menggandakan retensi kapasitas baterai setelah 200 siklus pengisian/pengosongan. Kredit: Roy Borghouts Fotografie
Siklus hidup lebih lama, waktu pengisian lebih pendek
Stabilitas struktural yang ditingkatkan hampir menggandakan retensi kapasitas baterai setelah 200 siklus pengisian/pengosongan. Selain itu, gangguan kimiawi jarak pendek ini meningkatkan transfer muatan di elektroda, sehingga waktu pengisian menjadi lebih singkat. Tim ini mendemonstrasikan keunggulan ini untuk katoda komersial yang sudah mapan seperti litium kobalt oksida (LiCoO2) dan litium nikel mangan kobalt oksida (NMC811).
Bahan kritis
Hasilnya dapat menghasilkan baterai Li-ion generasi baru, dengan biaya produksi lebih rendah dan CO lebih kecil2 jejak per unit energi yang tersimpan sepanjang masa pakainya. Tim selanjutnya akan menyelidiki apakah prinsip desain material yang sama dapat digunakan untuk membuat katoda dari bahan mentah yang tidak terlalu langka. “Baik kobalt maupun nikel disebut sebagai bahan penting untuk teknologi energi dan akan menjadi hal yang baik untuk mengurangi penggunaan bahan-bahan ini dalam baterai,” kata penulis senior makalah tersebut, Marnix Wagemaker.
Referensi: “Gangguan kimia jarak pendek pada katoda litium oksida” oleh Qidi Wang, Zhenpeng Yao, Jianlin Wang, Hao Guo, Chao Li, Dong Zhou, Xuedong Bai, Hong Li, Baohua Li, Marnix Wagemaker dan Chenglong Zhao, 8 Mei 2024, Alam.
DOI: 10.1038/s41586-024-07362-8
