Baterai Generasi Baru yang Tahan Lama dan Mampu Mengisi Daya dengan Cepat

Perbedaannya adalah tekanan, saat probe listrik hanya menyentuh permukaan elektrolit, litium berkumpul dengan indah di atas elektrolit bahkan saat baterai diisi dalam waktu kurang dari satu menit. Namun, ketika probe menekan ke dalam elektrolit keramik, meniru tekanan mekanis lekukan, tekukan, dan puntiran, kemungkinan besar baterai mengalami korsleting.

Teori Menjadi Praktek

Baterai keadaan padat (solid state) dunia nyata terbuat dari lapisan demi lapisan lembaran katoda-elektrolit-anoda yang ditumpuk satu di atas yang lain. Peran elektrolit adalah memisahkan katoda dari anoda secara fisik, namun memungkinkan ion litium bergerak bebas di antara keduanya.

Jika katoda dan anoda bersentuhan atau dihubungkan secara elektrik dengan cara apa pun, seperti melalui terowongan litium logam, akan terjadi korsleting. Seperti yang ditunjukkan Chueh dan tim, bahkan tekukan halus, sedikit puntiran, atau setitik debu yang tersangkut di antara elektrolit dan anoda litium akan menyebabkan celah yang tidak terlihat.

"Diberi kesempatan untuk menggali ke dalam elektrolit, litium pada akhirnya akan menembus, menghubungkan katoda dan anoda," kata McConohy, yang menyelesaikan gelar doktornya tahun lalu bekerja di lab Chueh dan sekarang bekerja di industri. "Ketika itu terjadi, baterainya tak berfungsi," ungkap dia.

Pemahaman baru itu ditunjukkan berulang kali, kata para peneliti. Mereka merekam video proses menggunakan mikroskop elektron pemindaian mikroskop yang sama yang tidak dapat melihat retakan yang baru lahir dalam elektrolit murni yang belum teruji.

Ini sedikit mirip dengan lubang yang muncul di trotoar yang sempurna, jelas Xu. Melalui hujan dan salju, ban mobil menumbuk air ke dalam ketidaksempurnaan kecil yang sudah ada sebelumnya di trotoar menghasilkan retakan yang semakin melebar yang tumbuh seiring waktu.

"Litium sebenarnya adalah bahan yang lembut, tetapi, seperti analogi air dalam lubang, yang diperlukan hanyalah tekanan untuk memperlebar celah dan menyebabkan kegagalan," kata Xu, seorang sarjana di lab Chueh.

Dengan pemahaman baru mereka, tim Chueh sedang mencari cara untuk menggunakan gaya mekanis yang sama ini dengan sengaja untuk memperkuat material selama manufaktur, seperti pandai besi yang mengambil pisau selama produksi. Mereka juga mencari cara untuk melapisi permukaan elektrolit untuk mencegah retakan atau memperbaikinya jika muncul.

"Semua perbaikan ini dimulai dengan satu pertanyaan: Mengapa?" papar Cui, seorang sarjana di lab Gu. "Kami adalah insinyur. Hal terpenting yang dapat kita lakukan adalah mencari tahu mengapa sesuatu terjadi. Setelah kami mengetahuinya, kami dapat meningkatkan berbagai hal," lanjut dia. hay/I-1