Desain Elektrolit Terbaru pada Baterai Logam Lithium yang Memiliki Performa Lebih Baik Daripada Baterai Lithium Ion

Desain Elektrolit Terbaru pada Baterai Logam Lithium yang Memiliki Performa Lebih Baik Daripada Baterai Lithium Ion

Sains

Ayyasy Syahbaa

25.6.20

Tim Peneliti dari Universitas Stanford telah menemukan suatu baterai dengan desain elektrolit terbaru. Kombinasi dari keduanya mampu menyimpan sekitar dua kali lebih besar energi dari baterai lithium-ion biasa dengan efisiensi yang tinggi serta harga produksi yang cukup murah. Penemuan ini digadang-gadang dapat memberikan suatu perubahan yang signifikan dalam dunia elektronik yang mana menggunakan baterai sebagai sumber energinya.

Baterai lithium-ion merupakan baterai jenis sekunder (dapat diisi ulang) yang terdiri dari katoda bermuatan positif yang mengandung lithium dan anoda bermuatan negatif yang biasanya terbuat dari grafit. Bahan katoda yang umum digunakan yaitu lithium cobalt oxide (LiCoO2), namun Kobalt merupakan logam berat yang dapat mencemari lingkungan. Senyawa alternatif lain yang digunakan yaitu lithium iron phospate (LiFePO4) karena ramah lingkungan, biaya produksi yang rendah, dan tidak bersifat reaktif.

Baterai lithium-ion banyak digunakan dalam segala barang elektronik. Mulai dari smartphone, laptop, vape, powerbank, bahkan skala besar yang sedang kekinian yaitu mobil dan motor listrik seperti buatan Tesla dan Gesits. Alasan dibalik penggunaan baterai tersebut dikarenakan dapat diisi ulang karena reaksi elektrokimia yang terjadi reversible yaitu mengubah energi kimia menjadi energi listrik saat digunakan dan mengubah energi listrik menjadi energi kimia saat proses charging dilakukan sehingga lebih hemat biaya dalam penggunaan maupun produksinya.

Baru-baru ini, peneliti dari Universitas Stanford telah mendesain baterai jenis baru yaitu baterai logam lithium. Baterai logam lithium tidak dapat disamakan dengan baterai lithium-ion. Baterai logam lithium dapat menampung sekitar dua kali lebih banyak energi listrik daripada baterai lithium-ion konvensional saat ini. Perbedaan kedua baterai tersebut terletak pada bahan yang dipakai sebagai anoda. Baterai logam lithium menggunakan logam lithium sebagai anoda sehingga dapat menyimpan energi lebih banyak secara signifikan daripada baterai lithium-ion yang anodanya menggunakan grafit.

Baterai logam lithium yang berbobot ringan serta volumenya yang tidak begitu besar sangat menjanjikan digunakan dalam kendaraan listrik sehingga dapat berjalan lebih jauh dengan energi yang lebih banyak dan juga berat kendaraan akan menjadi lebih ringan. Selain itu, tim peneliti juga membuat baterai logam lithium yang bebas anoda. Baterai tersebut hanya menggunakan lithium pada sisi katoda untuk mengurangi massa dari baterai itu sendiri. Baterai bebas anoda tersebut secara eksperimental dapat berjalan selama 100 siklus sebelum efisiensinya turun menjadi 80%. Memang hal tersebut tidak sebagus baterai lithium-ion biasa, namun sangat menjanjikan untuk perangkat elektronik seperti drone dan kendaraan listrik untuk mengurangi massanya. Namun, selama digunakan secara eksperimental, kelemahan dari baterai logam lithium terkuak. Anoda logam lithium bereaksi dengan elektrolit cair yang menyebabkan munculnya struktur mikro lithium pada permukaan anoda yang disebut dendrit. Dendrit dapat menyebabkan baterai logam lithium terbakar dan rusak.

Elektrolit cair menjadi kelemahan dari baterai logam lithium. Untuk mengatasi masalah tersebut, peneliti melakukan sebuah hipotesis dengan menambahkan atom fluor ke dalam molekul elektrolit yang akan membuat cairan menjadi lebih stabil. Fluor digunakan untuk menarik elektron dan membuat molekul baru yang memungkinkan anoda logam lithium berfungsi dengan baik bersamaan dengan elektrolit cair. Hasil dari penambahan tersebut menghasilkan senyawa baru yang disebut sebagai fluorinated 1,4-dimethoxylbutane (FDMB). Molekul FDMB merupakan desain elektrolit cair yang sangat fantastik karena mudah dibuat dalam jumlah besar dan cukup murah.

Tim peneliti Universitas Stanford menguji FDMB sebagai elektrolit baru dalam baterai logam lithium. Hasilnya sangat mengejutkan. Baterai eksperimental yang diuji coba dapat mempertahankan 90% dari pengisian awal setelah melalui 420 siklus pengisian dan pemakaian. Sedangkan sebelumnya, baterai logam lithium khas yang diuji coba di laboratorium berhenti bekerja setelah sekitar 30 siklus pengisian dan pemakaian.

Efisiensi coulomb baterai logam lithium juga diukur. Patokannya yaitu seberapa efisien ion lithium ditransfer antara anoda dan katoda selama pengisian dan pemakaian. Secara ideal, ketika baterai diisi dengan 1000 ion lithium, maka sekitar 99,99% akan didapatkan kembali dalam pemakaiannya. Pada baterai logam lithium yang menggunakan FDMB didapatkan efisiensi sebesar 99,52% dalam setengah sel dan 99,98% dalam sel penuh. Hal tersebut menunjukkan suatu kinerja yang luar biasa.

FDMB sebagai sebuah desain elektrolit baru yang digunakan pada baterai logam lithium merupakan sesuatu yang luar biasa dalam perkembangan teknlogi sumber energi listrik kedepannya. FDMB memiliki siklus hidup yang lebih lama dan juga stabilitas yang lebih baik. Namun, FDMB juga jauh lebih mudah terbakar daripada elektrolit konvensional. Akankah ada baterai atau desain elektrolit terbaru di masa depan yang jauh lebih baik?      

 

Referensi:

Satriady, Aditya, Wahyu Alamsyah, Aswad Hi Saad, Sahrul Hidayat. Pengaruh Luas Elektroda Terhadap Karakteristik Baterai LiFePO4. Jurnal Material dan Energi Indonesia Vol. 06, No. 02 (2016) 43 – 48

Stanford University. (2020, June 22). New battery electrolyte may boost the performance of electric vehicles. ScienceDaily. Retrieved June 24, 2020 from www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200622133016.htm

Zhiao Yu, Hansen Wang, Xian Kong, William Huang, Yuchi Tsao, David G. Mackanic, Kecheng Wang, Xinchang Wang, Wenxiao Huang, Snehashis Choudhury, Yu Zheng, Chibueze V. Amanchukwu, Samantha T. Hung, Yuting Ma, Eder G. Lomeli, Jian Qin, Yi Cui, Zhenan Bao. Molecular design for electrolyte solvents enabling energy-dense and long-cycling lithium metal batteries. Nature Energy, 2020; DOI: 10.1038/s41560-020-0634-5

Ayyasy Syahbaa 25.6.20