Lebih aman, lebih kuat, lebih pintar: Ilmuwan mengembangkan baterai semu-solid yang mengubah permainan
Para peneliti telah mengembangkan baterai lithium-ion semu-solid-state yang menawarkan stabilitas yang ditingkatkan, keamanan, dan umur yang lebih lama.
Kemajuan teknologi telah mendorong adopsi luas perangkat dan kendaraan listrik. Inovasi ini tidak hanya menawarkan kenyamanan tetapi juga manfaat lingkungan dengan memberikan alternatif yang lebih bersih untuk mesin bertenaga bahan bakar. Baterai Lithium-ion (LIBS) adalah sumber energi utama untuk banyak perangkat elektronik dan kendaraan listrik. LIB komersial biasanya menggunakan solusi elektrolit organik, yang sangat penting untuk mencapai efisiensi energi tinggi. Namun, memenuhi standar keselamatan menjadi semakin menantang ketika permintaan pasar tumbuh.
Baterai solid-state menghadirkan alternatif yang lebih aman dengan menghilangkan elektrolit cair yang mudah terbakar. Namun, antarmuka antara elektroda padat dan elektrolit padat sering menghambat transfer lithium-ion yang efisien. Selain itu, ekspansi dan kontraksi elektroda padat selama pengisian dan pelepasan dapat merusak antarmuka, lebih lanjut menghambat aliran ion. Untuk mengatasi tantangan ini, ada kebutuhan kritis untuk mengembangkan baterai solid-state canggih dengan antarmuka yang stabil dan efisien yang meningkatkan keamanan, fungsionalitas, dan kinerja keseluruhan.
Pengembangan baterai kuasi-solid-solid yang lebih aman
Untuk mengatasi tantangan-tantangan ini, tim peneliti dari Jepang telah mengembangkan lib kuasi-solid-solid-state yang tidak mudah terbakar yang dapat mengatasi keterbatasan baterai konvensional. Studi ini dipimpin oleh Ryosuke Kido dari Universitas Doshisha dan TDK Corporation, Jepang, Profesor Minoru Inaba dan Profesor Takayuki Doi dari Universitas Doshisha, dan Atsushi Sano dari TDK Corporation dan temuan mereka diterbitkan secara online pada 11 Oktober 2024, di The Jurnal Penyimpanan Energi. Ini juga telah diterbitkan dalam Volume 102 pada 15 November 2024.
Memberikan wawasan lebih lanjut tentang pekerjaan mereka, Tn. Kido penulis utama makalah ini, mengatakan, “Meningkatkan kapasitas bahan aktif elektroda positif dan negatif untuk mencapai kepadatan energi yang lebih tinggi mengurangi kinerja siklus dan keamanan. Baterai kuasi-solid-state tahan api yang kami kembangkan, menggabungkan elektrolit cair dan elektrolit padat, memberikan alternatif yang lebih aman dan lebih tahan lama untuk baterai semua-solid dengan kepadatan energi tinggi. “
Desain baterai baru termasuk elektroda negatif silikon (SI) dan lini0.8Bersama0.1M N0.1HAI2 (NCM811) Elektroda positif, yang dianggap sebagai bahan generasi berikutnya untuk LIBS. Elektroda ini dipisahkan oleh lembar lithium-ion yang memadukan yang menghidupkan lembar kaca-keramik (LICGC ™) dari Ohara. Untuk meningkatkan kompatibilitas dan kinerja, para peneliti mengembangkan solusi elektrolit yang tidak dapat dibakar dan hampir jenuh yang disesuaikan untuk setiap elektroda. Solusi menggunakan Tris (2,2,2-trifluoroethyl) fosfat dan metil 2,2,2-trifluoroethyl karbonat, yang kompatibel dengan elektroda dan antarmuka elektrolit padat. Sel-sel kantong semu-solid-solid-solid-mah yang dihasilkan menunjukkan konduktivitas ionik yang sangat baik, stabilitas termal, dan kinerja elektrokimia.
Desain dan Bahan Baterai Inovatif
Para peneliti melanjutkan untuk menilai stabilitas termal dan kinerja elektrokimia dari lib kuasi-solid-state menggunakan spektroskopi impedansi elektrokimia, uji muatan-pelepasan, dan kalorimetri laju akselerasi (ARC). Khususnya, baterai menunjukkan kapasitas pengisian daya/pelepasan tinggi dengan kinerja siklus yang baik dan sedikit perubahan resistensi internal. Selain itu, uji busur mengungkapkan bahwa struktur SI-LICGC-NCM811 dengan larutan elektrolit masing-masing menunjukkan peningkatan stabilitas termal dan bahwa generasi panas yang terkait dengan reaksi samping sangat rendah bahkan dalam kisaran suhu tinggi sekitar 150 ° C.
Secara keseluruhan, LIB yang baru dikembangkan memiliki potensi untuk meningkatkan pengembangan kendaraan listrik generasi berikutnya yang efisien dan lebih aman dan peralatan tanpa kabel seperti drone. Aplikasi yang meluas tidak hanya dapat meningkatkan kenyamanan pengguna tetapi juga mempromosikan pertumbuhan ekonomi yang berkelanjutan.
Mr. Kido diakhiri dengan implikasi jangka panjang dari pekerjaan mereka dengan mengatakan, “Ketika dunia bergerak menuju netralitas karbon, kendaraan listrik telah mendapatkan perhatian yang signifikan dalam beberapa tahun terakhir. Sangat penting untuk mengembangkan baterai otomotif yang sangat aman dengan lifespans yang diperluas. Baterai kuasi-solid-solid dari penelitian kami memiliki potensi untuk meningkatkan umur panjang lib berbasis cairan dan meningkatkan kepadatan energi sambil menjaga keamanan baterai semua-solid-state. “
Studi ini merupakan langkah menuju pengembangan solusi penyimpanan energi generasi berikutnya yang menyeimbangkan keamanan, efisiensi, dan keberlanjutan lingkungan.
Reference: “Highly safe quasi-solid-state lithium ion batteries with two kinds of nearly saturated and non-flammable electrolyte solutions” by Ryosuke Kido, Taisuke Horikawa, Atsushi Sano, Tsuyoshi Nagashima, Ryo Okada, Minoru Inaba and Takayuki Doi, 11 October 2024, Jurnal Penyimpanan Energi.
Doi: 10.1016/j.est.2024.114115
Studi ini didanai oleh Organisasi Pengembangan Teknologi Energi dan Industri yang baru.
