Baterai Logam Litium Baru Menjanjikan Energi Dua Kali Lipat dan Dampak Lingkungan Setengahnya
Baterai logam litium, yang dapat menyimpan energi dua kali lipat dari baterai ion litium, menghadapi tantangan lingkungan karena kebutuhan akan pelarut dan garam berfluorinasi. Sebuah kelompok penelitian di ETH Zurich, yang dipimpin oleh Maria Lukatskaya, mengembangkan sebuah metode untuk mengurangi kandungan fluorin, meningkatkan stabilitas baterai dan membuatnya lebih ramah lingkungan dan hemat biaya.
ETH Zurich telah mengembangkan metode yang secara drastis mengurangi penggunaan fluor dalam baterai logam litium, menggandakan kapasitas penyimpanan energi sekaligus meningkatkan keselamatan dan keramahan lingkungan.
Baterai logam litium menonjol sebagai pesaing utama untuk gelombang baterai canggih berenergi tinggi berikutnya. Baterai ini menawarkan setidaknya dua kali lipat penyimpanan energi per satuan quantity dibandingkan dengan baterai litium-ion yang umum digunakan. Hasilnya, kemajuan ini dapat memungkinkan kendaraan listrik menempuh jarak dua kali lipat dengan sekali pengisian daya atau memungkinkan telepon pintar tidak perlu diisi ulang terlalu sering.
Saat ini, masih ada satu kelemahan utama pada baterai logam litium: elektrolit cair memerlukan penambahan sejumlah besar pelarut terfluorinasi dan garam terfluorinasi, yang meningkatkan dampak lingkungannya. Namun, tanpa penambahan fluor, baterai logam litium tidak akan stabil, baterai akan berhenti bekerja setelah beberapa siklus pengisian daya, dan rentan terhadap korsleting serta panas berlebih dan terbakar. Sebuah kelompok penelitian yang dipimpin oleh Maria Lukatskaya, Profesor Sistem Energi Elektrokimia di ETH Zurich, kini telah mengembangkan metode baru yang secara drastis mengurangi jumlah fluor yang dibutuhkan dalam baterai logam litium, sehingga menjadikannya lebih ramah lingkungan dan lebih stabil serta hemat biaya.
Lapisan pelindung yang stabil meningkatkan keamanan dan efisiensi baterai
Senyawa terfluorinasi dari elektrolit membantu pembentukan lapisan pelindung di sekitar logam litium pada elektrode negatif baterai. “Lapisan pelindung ini dapat dibandingkan dengan electronic mail gigi,” jelas Lukatskaya. “Lapisan ini melindungi logam litium dari reaksi berkelanjutan dengan komponen elektrolit.” Tanpa lapisan ini, elektrolit akan cepat habis selama siklus, sel akan rusak, dan kurangnya lapisan yang stabil akan mengakibatkan pembentukan kumis logam litium – 'dendrit' – selama proses pengisian ulang alih-alih lapisan datar yang konformal.
Jika dendrit ini menyentuh elektroda positif, hal ini akan menyebabkan korsleting dengan risiko baterai menjadi sangat panas hingga terbakar. Oleh karena itu, kemampuan untuk mengendalikan sifat lapisan pelindung ini sangat penting bagi kinerja baterai. Lapisan pelindung yang stabil meningkatkan efisiensi, keamanan, dan masa pakai baterai.
Meminimalkan kandungan fluorin
“Pertanyaannya adalah bagaimana mengurangi jumlah fluorin yang ditambahkan tanpa mengorbankan stabilitas lapisan pelindung,” kata mahasiswa doktoral Nathan Hong. Metode baru kelompok tersebut menggunakan tarikan elektrostatik untuk mencapai reaksi yang diinginkan. Di sini, molekul berfluorinasi bermuatan listrik berfungsi sebagai kendaraan untuk mengangkut fluorin ke lapisan pelindung. Ini berarti bahwa hanya 0,1 persen berat fluorin yang dibutuhkan dalam elektrolit cair, yang setidaknya 20 kali lebih rendah daripada penelitian sebelumnya.
Metode yang dioptimalkan membuat baterai lebih ramah lingkungan
Kelompok penelitian ETH Zurich menjelaskan metode baru dan prinsip-prinsip yang mendasarinya dalam sebuah makalah yang baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Ilmu Energi dan LingkunganPermohonan paten telah diajukan.
Salah satu tantangan terbesar adalah menemukan molekul yang tepat tempat fluorin dapat melekat dan yang juga akan terurai lagi dalam kondisi yang tepat setelah mencapai logam litium. Seperti yang dijelaskan kelompok tersebut, keuntungan utama dari metode ini adalah dapat diintegrasikan dengan lancar ke dalam proses produksi baterai yang ada tanpa menimbulkan biaya tambahan untuk mengubah pengaturan produksi. Baterai yang digunakan di laboratorium berukuran sebesar koin. Pada langkah berikutnya, para peneliti berencana untuk menguji skalabilitas metode tersebut dan menerapkannya pada sel kantong seperti yang digunakan di telepon pintar.
Referensi: “Sturdy battery interfaces from dilute fluorinated cations” oleh Chulgi Nathan Hong, Mengwen Yan, Oleg Borodin, Travis P. Pollard, Langyuan Wu, Manuel Reiter, Dario Gomez Vazquez, Katharina Trapp, Ji Mun Yoo, Netanel Shpigel, Jeremy I. Feldblyum dan Maria R. Lukatskaya, 2 Mei 2024, Ilmu Energi dan Lingkungan.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1039/D4EE00296B
