Lithium‑Air vs. Lithium‑Ion:Wawasan Ahli &Perbandingan Kinerja

Billy Hurley, Manajer Editorial Digital

“Desain baterai lithium-air kami mewakili sebuah revolusi dalam komunitas baterai,” kata Amin Salehi-Khojin, asisten profesor teknik mesin dan industri di University of Illinois di Chicago.

Salehi-Khojin dan rekan peneliti di UIC dan Argonne National Laboratory telah merancang sel elektrokimia yang bekerja di lingkungan udara alami dan masih berfungsi setelah 750 siklus pengisian/pengosongan yang memecahkan rekor.

Baterai litium-udara menggabungkan oksigen dari udara dengan litium yang ada di anoda. Campuran tersebut menghasilkan litium peroksida selama fase pelepasan – dan penguraian komponen litium dan oksigen dalam fase pengisian daya.

Baterai lithium-air eksperimental. (Foto:Amin Salehi-Khojin.)

Baterai litium-air diyakini memiliki kapasitas menyimpan energi hingga lima kali lebih banyak dibandingkan baterai litium-ion yang sama yang digunakan pada ponsel, laptop, dan kendaraan listrik saat ini.

Namun, ide awal “lithium-air” sering kali gagal.

Ketika ion litium bergabung dengan karbon dioksida dan uap air di udara, sering kali hasilnya adalah produk sampingan yang merusak katoda.

Untuk mencegah penumpukan dan memungkinkan baterai beroperasi di lingkungan udara alami, peneliti UIC dan Argonne melapisi anoda litium dengan lapisan tipis litium karbonat. Lapisan ini secara selektif memungkinkan ion litium dari anoda memasuki elektrolit – sekaligus mencegah senyawa yang tidak diinginkan mencapai anoda.

Dalam desain eksperimental baterai litium-udara, oksigen memasuki elektrolit melalui struktur kisi spons berbasis karbon.

Salehi-Khojin dan rekan-rekannya melapisi struktur kisi dengan katalis molibdenum disulfat. Elektrolit hibrid yang unik – terbuat dari cairan ionik dan dimetil sulfoksida, yang merupakan komponen umum elektrolit baterai – membantu memfasilitasi reaksi litium-oksigen, meminimalkan reaksi litium dengan elemen lain di udara, dan meningkatkan efisiensi baterai.

Namun, pembaca kami memiliki pertanyaan. Bagaimana jika baterai terlalu panas? Bisakah baterainya meledak? Apakah ada masalah keamanan? Bagaimana baterai lithium-air dibandingkan dengan baterai lithium-ion? Larry Curtiss, Argonne Distinguished Fellow dan salah satu penulis utama penelitian ini, meluangkan waktu untuk memberikan jawaban kepada audiens kami. Lihat tanggapannya di bawah.

Berapa tarif penagihannya?

Curtis: Kecepatan pengisian saat ini akan serupa dengan baterai Li-ion. Hal ini dapat ditingkatkan dengan penelitian lebih lanjut.

Bagaimana desain baru Anda bisa mengalahkan baterai Li-ion?

Dengan menggunakan ikatan kimia antara Li dan oksigen, baterai dapat menyimpan lebih banyak energi, karena ikatannya lebih padat dibandingkan interaksi interkalasi antara Li dan lapisan oksida logam yang digunakan pada baterai Li-ion.

Apa potensi mudah terbakar atau meledak (jika tertusuk, terlalu panas, diisi daya berlebihan, dll.)?

Curtis: Salah satu komponen baterai Li-air yang kami terbitkan adalah anoda litium. Hal ini diketahui dapat menimbulkan ledakan. Banyak ilmuwan yang sedang menangani masalah keamanan anoda litium dan mungkin akan membutuhkan banyak upaya untuk mengamankannya. Namun, perlu disebutkan bahwa kami telah melindungi permukaan anoda Li dengan isolator listrik tetapi bahan yang konduktif secara ionik untuk mencegah ledakan akibat korsleting baterai antara anoda dan katoda. Hal ini juga mencegah baterai menjadi terlalu panas.

Mode kegagalan apa saja yang diperkirakan terjadi?

Curtis: Hal ini akan diselidiki selama peningkatan skala.

Ada masalah keamanan lainnya? Kepadatan energi baterai Li-Ion standar sama dengan TNT. Baterai Anda memiliki kepadatan energi 5x lipat. Meskipun secara teori lapisan tipis ini membatasi reaksi yang tidak diinginkan, namun terdapat potensi kontaminan lain di udara (CO2 N2, dll.) Apakah beberapa di antaranya dapat bersifat korosif dan merusak lapisan tersebut? Bisakah arus pendek internal menyebabkan pembalikan satu sel yang menyebabkan kebakaran?

Curtis: Baterai telah dikembangkan hanya pada skala laboratorium dan tidak menunjukkan masalah keamanan apa pun selama pengujian. Langkah selanjutnya adalah meningkatkan sel-sel kecil ini hingga menjadi paket baterai, mengujinya, dan mencari tahu apa masalah keamanannya dan mengatasinya. Namun, kami yakin bahwa panas berlebih akibat pembalikan sel tidak akan terjadi di sistem kami karena lapisan perlindungan yang kuat pada permukaan anoda Li.

Bagaimana menurut Anda? Apakah Anda memiliki pertanyaan lebih lanjut tentang baterai lithium-air? Bagikan di bawah.

Gambar skema baterai lithium-air. (Kredit:Laboratorium Nasional UIC dan Argonne.)