Kemajuan yang Mengubah Permainan dalam Teknologi Baterai Lithium Stable-State
Para ilmuwan telah mengembangkan pendekatan inovatif untuk meningkatkan baterai lithium solid-state. Metode baru ini melibatkan penggunaan materials unik yang menghilangkan kebutuhan akan aditif tambahan, sehingga meningkatkan kepadatan energi baterai dan masa pakainya. Materials baru ini menunjukkan kinerja yang mengesankan, yang memungkinkan baterai beroperasi selama lebih dari 20.000 siklus dengan efisiensi energi yang tinggi.
Strategi baru untuk baterai lithium solid-state meningkatkan kepadatan energi dan memperpanjang masa pakai dengan menggunakan materials khusus yang menghilangkan kebutuhan akan aditif tambahan. Kemajuan ini menjanjikan lebih dari 20.000 siklus operasi yang efisien, menandai langkah maju yang signifikan dalam teknologi baterai.
Strategi homogenisasi katoda yang inovatif untuk semua baterai litium padat (ASLB) telah diperkenalkan oleh para peneliti di Institut Bioenergi dan Teknologi Bioproses Qingdao (QIBEBT) dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, bersama dengan kolaborator dari lembaga-lembaga internasional terkemuka.
Pendekatan baru ini, yang dirinci dalam makalah mereka yang diterbitkan hari ini (31 Juli) di Energi Alamsecara signifikan meningkatkan siklus hidup dan kepadatan energi ASLB, yang mewakili kemajuan penting dalam teknologi penyimpanan energi.
Tantangan dalam ASLB Saat Ini
ASLB saat ini menghadapi tantangan karena katode komposit heterogen, yang memerlukan aditif yang tidak aktif secara elektrokimia untuk meningkatkan konduksi. Aditif ini, meskipun diperlukan, mengurangi kepadatan energi dan siklus hidup baterai karena ketidakcocokannya dengan katode oksida berlapis, yang mengalami perubahan quantity substansial selama pengoperasian.
Para peneliti telah mengembangkan solusi: strategi homogenisasi katoda yang memanfaatkan bahan tanpa regangan, Li1.75Hari ini2(Jawab0,25P0,75S3.8Lihat0.2)3 (LTG0,25PSSe0.2). Bahan ini menunjukkan konduktivitas ionik dan elektronik campuran yang sangat baik, memastikan pengangkutan muatan yang efisien selama proses (p)engeluaran tanpa memerlukan aditif konduktif tambahan.
LTG (Langkah Akhir)0,25PSSe0.2 bahan menunjukkan metrik kinerja yang mengesankan, termasuk kapasitas spesifik 250 mAh g–1 dan perubahan quantity minimal hanya 1,2%. Katoda homogen yang seluruhnya terbuat dari LTG0,25PSSe0.2 memungkinkan ASLB suhu ruangan mencapai lebih dari 20.000 siklus operasi stabil dan kepadatan energi tinggi sebesar 390 Wh kg–1 di tingkat sel.
Ilustrasi skema evolusi mikrostruktur katode selama pengisian daya. (a) Katode komposit heterogen konvensional dan (b) katode homogen yang diusulkan dengan konduksi campuran yang efisien. Kredit: QIBEBT
Wawasan Pakar tentang Pendekatan Baru
“Strategi homogenisasi katode kami menantang desain katode heterogen konvensional,” kata Dr. Longfei Cui, salah satu penulis pertama studi dari Stable Vitality System Know-how Heart (SERGY) di QIBEBT. “Dengan menghilangkan kebutuhan akan aditif yang tidak aktif, kami meningkatkan kepadatan energi dan memperpanjang masa pakai baterai.”
“Pendekatan ini mengubah permainan untuk ASLB,” kata Dr. Shu Zhang, salah satu penulis pertama studi dari SERGY. “Kombinasi kepadatan energi tinggi dan siklus hidup yang panjang membuka kemungkinan baru untuk masa depan penyimpanan energi.”
Prof. Jiangwei Ju, salah satu penulis korespondensi studi dari SERGY, menambahkan, “Metrik stabilitas dan kinerja materials ini mengesankan, menjadikannya kandidat kuat untuk aplikasi komersial pada kendaraan listrik dan sistem penyimpanan energi berskala besar.”
Kemajuan ini didukung oleh pengujian ekstensif dan perhitungan teoritis. Analisis ini mengonfirmasi stabilitas elektrokimia dan mekanis katode homogen, yang menunjukkan tidak adanya reaksi kimia yang merugikan atau peningkatan resistensi yang signifikan setelah siklus yang berkepanjangan.
Implikasi yang Lebih Luas terhadap Penyimpanan Energi
Selain ASLB, jenis baterai lain, termasuk baterai natrium solid-state, baterai lithium-ion, baterai lithium-sulfur, baterai natrium-ion, dan sel bahan bakar, juga menghadapi tantangan dengan elektroda heterogen. Sistem ini sering mengalami ketidakcocokan mekanokimia dan elektrokimia, yang menciptakan hambatan signifikan dan menurunkan kinerja baterai secara keseluruhan.
“Potensi komersialisasi untuk ASLB berdensitas energi tinggi kini lebih dapat dicapai,” tambah Prof. Guanglei Cui, kepala SERGY. “Strategi common kami untuk merancang katode homogen multifungsi dapat mengatasi hambatan energi, daya, dan masa pakai dalam penyimpanan energi, sehingga membuka jalan bagi aplikasi di dunia nyata.”
Tonggak Penting dalam Teknologi Baterai
Dengan mengatasi tantangan utama dalam ASLB, strategi ini menjadi landasan bagi inovasi masa depan dalam teknologi penyimpanan energi. Tim berencana untuk lebih jauh mengeksplorasi skalabilitas LTG0,25PSSe0.2 materials dan integrasinya ke dalam sistem baterai praktis.
Karya ini merupakan tonggak penting dalam teknologi baterai dan menawarkan prospek yang menjanjikan untuk kemajuan di masa mendatang. Pendekatan inovatif tim ini diharapkan dapat memengaruhi penelitian dan pengembangan di masa mendatang dalam bidang penyimpanan energi, sehingga memberikan landasan yang kuat untuk baterai berkinerja tinggi generasi berikutnya.
Referensi: “Strategi homogenisasi katoda untuk memungkinkan baterai lithium solid-state dengan siklus hidup yang panjang” oleh Longfei Cui, Shu Zhang, Jiangwei Ju, Tao Liu, Yue Zheng, Jiahao Xu, Yantao Wang, Jiedong Li, Jingwen Zhao, Jun Ma, Jinzhi Wang, Gaojie Xu, Ting-Shan Chan, Yu-Cheng Huang, Shu-Chih Haw, Jin-Ming Chen, Zhiwei Hu dan Guanglei Cui, 31 Juli 2024, Energi Alam.
DOI: 10.1038/s41560-024-01596-6
