Harvard Kembangkan Baterai Litium yang Diisi Ulang dalam 10 Menit

BOSTON - Para peneliti di Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) baru-baru ini melakukan terobosan dengan mengembangkan baterai litium solid-state (padat) yang dapat diisi ulang hanya dalam waktu sekitar 10 menit.

Dikutip dari Electrec, inovasi ini juga dapat diisi dan dikosongkan setidaknya 6.000 kali, lebih banyak dibandingkan sel baterai kantong lainnya. Penelitian yang dipublikasikan di Nature Materials menjelaskan cara baru untuk membuat baterai solid-state dengan anoda logam litium.

Menurut Xin Li, peneliti di SEAS dan penulis senior makalah ini, baterai anoda logam litium dianggap sebagai baterai terbaik karena memiliki kapasitas sepuluh kali lipat dari anoda grafit komersial dan secara drastis dapat meningkatkan jarak berkendara kendaraan listrik.

"Penelitian kami merupakan langkah penting menuju baterai solid-state yang lebih praktis untuk aplikasi industri dan komersial," ujarnya.

Tantangan Terbesar

Salah satu tantangan terbesar dalam merancang baterai solid-state adalah pembentukan dendrit pada permukaan anoda. Dendrit adalah tonjolan logam yang dapat menumpuk di permukaan litium dan tumbuh seperti akar ke dalam elektrolit. Mereka menembus penghalang yang memisahkan anoda dan katoda, menyebabkan baterai menjadi pendek atau bahkan terbakar.

Dendrit terbentuk ketika ion litium berpindah dari katoda ke anoda selama pengisian, menempel pada permukaan anoda dalam proses yang disebut pelapisan. Hal ini menciptakan permukaan anoda yang tidak rata dan tidak homogen, dan memungkinkan dendrit berakar.

Saat habis, lapisan seperti plak tersebut perlu dihilangkan dari anoda, dan jika pelapisan tidak merata, proses pengupasan bisa lambat dan mengakibatkan lubang yang menyebabkan pelapisan lebih tidak merata pada pengisian berikutnya.

Pada tahun 2021, tim merancang baterai multilapis yang mengapit bahan berbeda dengan stabilitas berbeda antara anoda dan katoda. Desain ini mencegah penetrasi dendrit litium dengan mengendalikan dan membendungnya, tetapi tidak menghentikannya sama sekali.

Namun dalam penelitian terbaru ini, para peneliti menghentikan pembentukan dendrit dengan menggunakan partikel silikon berukuran mikron di anoda untuk membatasi reaksi lithiasi dan memfasilitasi pelapisan homogen pada lapisan tebal logam litium.

Dalam rancangan peneliti Harvard, ketika ion litium berpindah dari katoda ke anoda selama pengisian, reaksi lithiasi menyempit pada permukaan yang dangkal dan ion-ion tersebut menempel pada permukaan partikel silikon, tetapi tidak menembus lebih jauh.

"Dalam desain kami, logam litium dililitkan di sekitar partikel silikon, seperti cangkang cokelat keras di sekitar inti hazelnut dalam truffle cokelat," kata Li.

"Karena pelapisan dan pengupasan dapat dilakukan dengan cepat pada permukaan yang rata, baterai dapat diisi ulang dalam waktu sekitar 10 menit."

Para peneliti membuat baterai versi sel kantong seukuran prangko, yang 10 hingga 20 kali lebih besar dari sel koin yang dibuat di sebagian besar laboratorium universitas. Baterai solid-state mempertahankan 80 persen kapasitasnya setelah 6.000 siklus, mengungguli baterai sel kantong lainnya yang ada di pasaran saat ini.