Menulis Ulang Aturan Daya: Peneliti Korea Mengembangkan Struktur Ringan Baru yang Revolusioner untuk Baterai Lithium

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 memenuhi peran serupa telah diidentifikasi, sehingga memicu minat yang besar di kalangan komunitas akademis.

Profesor Soojin Park dan Dong-Yeob Han, kandidat PhD, dari Departemen Kimia di Universitas Sains dan Teknologi Pohang (POSTECH) bekerja sama dengan Dr. Gyujin Music 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 Superior Science edisi on-line.

Kemajuan Teknologi Baterai

Teknologi baterai yang digunakan pada perangkat elektronik seperti kendaraan listrik dan ponsel pintar terus berkembang. Khususnya, anoda logam litium memiliki kapasitas energi sebesar 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 space yang disebut “Li mati”, yang mengurangi kapasitas dan kinerja baterai. Selain itu, ketika litium tumbuh ke satu arah, ia dapat mencapai katoda di sisi berlawanan, menyebabkan korsleting inside. 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 inside 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 bola nanokarbon.

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 lithium 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 whole). 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 Music 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 Hiperpori/Hibrida untuk Baterai Logam Litium Kepadatan Energi Tinggi” oleh Dong-Yeob Han, Saehun Kim, Seoha Nam, Gayoung Lee, Hongyeul Bae, Jin Hong Kim, Nam-Quickly Choi, Gyujin Music dan Soojin Park, 22 April 2024, Sains Tingkat Lanjut.
DOI: 10.1002/advs.202402156

Penelitian ini dilakukan dengan dukungan proyek Kementerian Sains dan TIK.