Latar Belakang:
Para peneliti di Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, Chinese Academy of Sciences, telah mencapai terobosan signifikan dalam baterai lithium all-solid-state, yang berpotensi mewujudkan impian perangkat elektronik yang lebih kecil dengan masa pakai baterai yang lebih lama. Kemajuan ini dipublikasikan dalam jurnal akademik internasional Nature Energy pada tanggal 31 Juli.
Baterai lithium-ion yang digunakan di ponsel, komputer, dan perangkat elektronik lainnya sebagian besar menyimpan dan melepaskan energi melalui elektrolit cair. Para ilmuwan sekarang sedang mengeksplorasi jenis baterai baru—baterai lithium all-solid-state. Baterai ini menggunakan elektrolit padat sebagai pengganti cairan, sehingga membuatnya jauh lebih aman.
Meskipun baterai lithium all-solid-state tampak ideal, pengembangannya menghadapi tantangan. Terutama, perbedaan sifat kimia dan fisik material di dalam katoda baterai membuat kompatibilitas sempurna menjadi sulit, yang mengarah pada berbagai masalah antarmuka yang mengganggu kepadatan energi dan masa pakai. Untuk mengatasi hal ini, tim peneliti mengembangkan material baru: material katoda homogen (lithium titanium germanium phosphoselenide).
Dibandingkan dengan material konvensional, senyawa ini menawarkan keunggulan termasuk konduktivitas listrik yang tinggi, kepadatan energi yang tinggi, dan masa pakai yang lebih lama:
Konduktivitas listrik yang tinggi:Material baru ini menunjukkan konduktivitas ionik dan elektronik yang tinggi, melampaui material baterai tradisional (katoda oksida berlapis) lebih dari 1000 kali lipat. Hal ini memungkinkan proses pengisian dan pengosongan yang lancar tanpa bergantung pada aditif konduktif, yang secara signifikan meningkatkan kinerja baterai secara keseluruhan.
Kapasitas pelepasan yang tinggi:Material baru ini menunjukkan kapasitas pelepasan yang tinggi sebesar 250 mAh per gram, melampaui material katoda nikel tinggi yang saat ini digunakan. Pada berat atau volume yang setara, baterai yang menggabungkan material ini dapat menyimpan energi listrik yang lebih besar. Hal ini tidak hanya memungkinkan pengoperasian yang berkelanjutan lebih lama tanpa sering mengisi ulang, sehingga meningkatkan daya tahan, tetapi juga mengurangi ukuran baterai, memfasilitasi desain perangkat yang lebih ringkas.
Perubahan Volume Rendah:Selama siklus pengisian dan pengosongan, material baru ini menunjukkan perubahan volume hanya 1,2%, jauh lebih rendah daripada 50% yang diamati pada material katoda oksida berlapis konvensional. Perubahan volume yang minimal ini membantu menjaga stabilitas struktural, sehingga memperpanjang masa pakai baterai.
Kepadatan energi yang tinggi:Baterai lithium all-solid-state yang menggunakan material baru ini mencapai kepadatan energi 390 Wh/kg, yang mewakili peningkatan 1,3 kali lipat dibandingkan dengan baterai lithium all-solid-state siklus panjang yang dilaporkan sebelumnya.
Masa Pakai yang Lebih Lama:Baterai lithium all-solid-state yang menggunakan material ini mencapai lebih dari 10.000 siklus. Setelah 5.000 siklus pengisian, baterai mempertahankan 80% dari kapasitas awalnya, memberikan daya yang cukup untuk jangka waktu yang lama.
Penelitian ini memberikan dukungan teknis penting untuk mengembangkan perangkat penyimpanan energi dengan kepadatan tinggi dan masa pakai yang lama, menawarkan sumber daya yang aman dan tahan lama untuk kendaraan energi baru, jaringan penyimpanan energi, dan peralatan laut dalam/luar angkasa. Hal ini memiliki implikasi signifikan untuk memajukan sistem penyimpanan energi baru.