Potensi Nano-anoda Silicon Quantum Dots dalam Baterai Lithium-ion untuk Masa Depan Energi Terbarukan

Baterai lithium-ion (LIB) menjadi komponen vital yang mendukung banyak teknologi, mulai dari perangkat elektronik hingga kendaraan listrik. Namun, tantangan besar yang dihadapi oleh baterai ini adalah meningkatkan kapasitas penyimpanan energi serta menjaga stabilitas dan masa pakainya. 

Baru-baru ini, tim peneliti dari Universitas Airlangga, Surabaya dan Chulalongkorn University, Thailand telah bekerja sama untuk menjawab tantangan ini melalui studi mereka tentang silicon quantum dots (SiQDs)—nanopartikel silikon yang menjanjikan peningkatan kinerja baterai yang signifikan.

Mengapa Silicon Quantum Dots

Silicon (Si) memiliki potensi besar sebagai material anoda dalam baterai lithium-ion karena kapasitas penyimpanannya yang tinggi. Namun, penggunaan silikon dalam baterai menghadapi masalah ekspansi volume yang signifikan saat lithium (Li) diserap, yang dapat menyebabkan kerusakan pada baterai. Silicon quantum dots (SiQDs), yang berukuran sangat kecil, menawarkan solusi potensial untuk mengurangi masalah ini.

Memahami Mekanisme Adsorpsi Lithium pada SiQDs

Penelitian ini mempelajari bagaimana lithium teradsorpsi pada permukaan SiQDs dengan menggunakan metode komputasi DFT. Tim peneliti mengidentifikasi tiga model utama adsorpsi lithium pada SiQDs: Tdinner, Tdsurface, dan Hexagonal. Studi ini menunjukkan bahwa kekuatan ikatan antara lithium dan SiQDs lebih dipengaruhi oleh situs adsorpsi (tempat lithium menempel) daripada ukuran SiQDs itu sendiri. Situs Tdinner ditemukan sebagai situs adsorpsi paling stabil, dengan energi ikatan (Ebind) yang cukup tinggi antara 0.80 hingga 1.00 eV. 

"Selain itu, penelitian ini juga menemukan bahwa penambahan atom lithium pada SiQDs meningkatkan energi ikatan, menunjukkan bahwa SiQDs dapat menampung lebih banyak atom lithium per strukturnya. Namun, untuk menghindari ekspansi volume yang berlebihan akibat adsorpsi lithium, SiQDs dengan ukuran yang lebih besar lebih direkomendasikan," kata tim yang dikutip dari web resmi Universitas Airlangga. 

Implikasi terhadap Energi Terbarukan

Temuan ini memiliki implikasi besar terhadap masa depan energi bersih. Dengan meningkatnya kapasitas dan stabilitas baterai lithium-ion, kita dapat mendukung infrastruktur energi terbarukan yang lebih andal. Baterai yang lebih efisien dan tahan lama akan memungkinkan penyimpanan energi yang lebih baik dari sumber energi terbarukan yang pada akhirnya dapat membantu mencapai Tujuan Pembangunan Berkelanjutan (SDGs) nomor 7: 

Energi Bersih dan Terjangkau. 

Dalam konteks ini, SiQDs menawarkan potensi untuk mengatasi beberapa kendala utama dalam pengembangan baterai modern. "Dengan kapasitas tinggi, ekspansi volume minimal, dan konduktivitas yang baik, material ini dapat menjadi solusi kongkrit menuju penyimpanan energi yang lebih efisien, mendukung transisi global menuju energi terbarukan," katanya. 

Menuju Masa Depan Baterai yang Lebih Baik

Penelitian ini tidak hanya memperluas pemahaman kita tentang mekanisme adsorpsi lithium pada SiQDs, tetapi juga memberikan solusi nyata yang dapat diimplementasikan dalam pengembangan baterai lithium-ion masa depan. 

"Dengan SiQDs yang lebih besar, kita bisa mendapatkan baterai dengan kapasitas lebih tinggi dan stabilitas yang lebih baik, yang pada gilirannya akan mendukung penerapan luas energi terbarukan dan mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil."

Kolaborasi antara Universitas Chulalongkorn dan Universitas Airlangga ini menunjukkan bahwa inovasi dalam material nano seperti SiQDs dapat memainkan peran kunci dalam mewujudkan masa depan energi yang lebih hijau dan berkelanjutan.