Baterai Bebas Anoda Double EV Driving Range Menggunakan Teknologi Elektrolit Baru

Universitas Sains &Teknologi Pohang (POSTECH), Pohang, Korea

Ilustrasi skema dan sel kantong elektrolit rancangan inang yang dapat dibalik dengan kinerja siklusnya. (Gambar:Para peneliti)

Tim peneliti gabungan yang dipimpin oleh Profesor Soojin Park dan Dr. Dong-Yeob Han dari Departemen Kimia POSTECH, bersama dengan Profesor Nam-Soon Choi dan Dr. Saehun Kim dari KAIST, serta Profesor Tae Kyung Lee dan peneliti Junsu Son dari Universitas Nasional Gyeongsang, telah berhasil mencapai kepadatan energi volumetrik sebesar 1270 Wh/L dalam baterai logam litium bebas anoda. Nilai ini hampir dua kali lipat dari baterai lithium-ion yang saat ini digunakan pada kendaraan listrik, yang biasanya menghasilkan sekitar 650 Wh/L. Pencapaian tersebut dipublikasikan di Advanced Materials.

Baterai logam lithium bebas anoda menghilangkan anoda konvensional sama sekali. Sebaliknya, ion litium yang disimpan di katoda bergerak selama pengisian dan disimpan langsung ke pengumpul arus tembaga. Dengan menghilangkan komponen yang tidak diperlukan, lebih banyak ruang internal dapat digunakan untuk penyimpanan energi, seperti halnya memasukkan lebih banyak bahan bakar ke dalam tangki berukuran sama. Namun, desain ini memiliki tantangan yang serius. Jika litium mengendap secara tidak merata, struktur seperti jarum tajam yang dikenal sebagai dendrit dapat terbentuk, sehingga meningkatkan risiko korsleting dan potensi bahaya keselamatan. Pengisian dan pengosongan baterai secara berulang juga dapat merusak permukaan litium, sehingga memperpendek masa pakai baterai dengan cepat.

Untuk mengatasi masalah ini, tim peneliti mengadopsi strategi ganda, menggabungkan host reversibel (RH) dan elektrolit yang dirancang (DEL). Inang reversibel terdiri dari kerangka polimer yang tertanam dengan nanopartikel perak (Ag) yang terdistribusi secara merata, mengarahkan litium untuk mengendap di lokasi yang ditentukan, bukan secara acak. Sederhananya, ini berfungsi seperti tempat parkir khusus untuk litium, memastikan deposisi teratur dan seragam.

Elektrolit yang dirancang semakin meningkatkan stabilitas dengan membentuk lapisan pelindung tipis namun kuat yang terdiri dari Li₂O dan Li₃N pada permukaan litium. Lapisan ini berfungsi seperti pembalut pada kulit, mencegah pertumbuhan dendrit yang berbahaya sekaligus menjaga jalur terbuka untuk pengangkutan litium-ion.

Jika digabungkan, sistem RH–DEL menghasilkan kinerja yang luar biasa. Di bawah kapasitas areal tinggi (4,6 mAh cm -2 ) dan rapat arus (2,3 mA cm -2 ), baterai mempertahankan 81,9 persen dari kapasitas awalnya setelah 100 siklus dan mencapai efisiensi Coulombic rata-rata sebesar 99,6 persen. Hasil ini memungkinkan tim mencapai kepadatan energi volumetrik 1270 Wh/L yang memecahkan rekor dalam baterai logam litium bebas anoda.

Yang penting, kinerja ini divalidasi tidak hanya pada sel laboratorium kecil tetapi juga pada baterai tipe kantong, yang lebih mirip dengan aplikasi kendaraan listrik di dunia nyata. Bahkan dengan jumlah elektrolit minimal (E/C =2,5 g Ah -1 ) dan di bawah tekanan tumpukan rendah (20 kPa), baterai beroperasi dengan stabil. Hal ini menunjukkan potensi kuat untuk mengurangi berat dan volume baterai sekaligus menurunkan beban produksi, sehingga secara signifikan meningkatkan kelangsungan komersial.

Profesor Soojin Park berkomentar, “Pekerjaan ini mewakili terobosan yang berarti dengan secara bersamaan mengatasi masalah efisiensi dan masa pakai baterai logam litium bebas anoda.” Profesor Tae Kyung Lee menambahkan, “Studi kami menunjukkan bahwa desain elektrolit berdasarkan pelarut yang tersedia secara komersial dapat mencapai mobilitas litium-ion yang tinggi dan stabilitas antarmuka.”

Untuk informasi lebih lanjut, hubungi Nam-Soon Choi di Alamat email ini dilindungi dari robot spam. Anda perlu mengaktifkan JavaScript untuk melihatnya..