Siklus dan Kapasitas Semakin Meningkat

Produk baterai lithium di pasaran saat ini masih memiliki sejumlah kelemahan pada kapasitas, keawetan, waktu pengisian, dan harga. Sebuah studi yang dipublikasikan di jurnal Nature Energy berhasil menciptakan baterai yang mampu tahan lama untuk dipakai pada mobil listrik sekaligus lebih murah.
Penelitian yang dilakukan oleh Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) di bawah Departemen Energi Amerika Serikat (AS) berhasil menciptakan baterai lithium logam (metal) bagi kendaraan listrik. Baterai ini mampu menyimpan hampir dua kali energi dari baterai lithium ion yang banyak digunakan saat ini dan lebih ringan.
Riset yang dilakukan Tim PNNL mampu meningkatkan masa pakai dan kapasitas baterai, dengan mengambil pendekatan yang mengejutkan. Tim menggunakan strip lithium yang sangat tipis dengan lebar 20 mikron, dibandingkan menggunakan anoda dengan lebih banyak lithium seperti yang umum dilakukan.
"Banyak orang berpikir bahwa lithium yang lebih tebal akan memungkinkan baterai untuk berputar lebih lama," kata penulis makalah penelitian tersebut dan juga Direktur Battery500 Consortium, Jie Xiao. "Tapi itu tidak selalu benar. Ada ketebalan yang dioptimalkan untuk setiap baterai lithium-metal tergantung pada energi dan desain selnya," lanjut dia.
Baterai lithium-metal yang dibuat oleh tim Battery500 memiliki kepadatan energi 350 Wh per kg atau watt jam per kg yang diklaim belum pernah ada sebelumnya. Nilai tersebut dapat mempertahankan baterai hingga 600 siklus, dengan penurunan kapasitas 76 persen.
Xiao mengatakan, pada empat tahun yang lalu, baterai lithium-logam eksperimental hanya dapat beroperasi selama 50 siklus. Itu telah meningkat pesat menjadi 200 siklus dan sekarang 600 siklus.
Para ilmuwan menemukan bahwa strip yang lebih tebal berkontribusi langsung pada kegagalan baterai. Itu karena reaksi kompleks di sekitar film pada anoda yang dikenal sebagai interfase elektrolit padat (solid electrolyte interphase/SEI).
SEI adalah produk sampingan dari reaksi samping antara lithium dan elektrolit, yang bertindak sebagai penjaga gerbang penting, memungkinkan molekul bergerak dari anoda ke elektrolit dan kembali lagi sambil menjaga molekul lain.
Tim menemukan bahwa strip lithium yang lebih tipis dapat menciptakan apa yang disebut SEI yang baik, sementara strip yang lebih tebal memiliki peluang lebih tinggi untuk berkontribusi pada apa yang disebut SEI berbahaya.
Dalam makalah mereka, para peneliti menggunakan istilah SEI basah dan SEI kering. Versi basah mempertahankan kontak antara elektrolit cair dan anoda, memungkinkan terjadinya reaksi elektrokimia yang penting.
Namun dalam versi kering, elektrolit cair tidak mencapai semua lithium. Sederhananya, karena strip lithium lebih tebal, elektrolit perlu mengalir ke kantong lithium yang lebih dalam, dan saat itu terjadi, bagian lain lithium akan mengering.
Dari sisi kapasitas, Battery500 Consortium, berhasil meningkatkan dari kisaran 200-250 Wh per kg saat ini menjadi 500 Wh per kg. "Konsorsium Battery500 telah membuat kemajuan besar dalam meningkatkan kepadatan energi dan memperpanjang siklus hidup," kata Profesor M Stanley Whittingham dari Binghamton University, peraih Nobel Kimia 2019 dan rekan penulis makalah ini.
"Tapi masih banyak yang harus dilakukan. Secara khusus, ada masalah keamanan dengan baterai lithium-metal yang harus ditangani. Itu adalah sesuatu yang tim Battery500 sedang bekerja keras untuk menyelesaikannya," papar dia. hay/N-3