Teknologi baterai solid-state baru mengabaikan suhu dingin -40°C dan panas 55°C dalam pengujian
Para peneliti telah mengembangkan elektrolit polimer solid-state baru yang dapat membantu baterai logam litium beroperasi pada rentang suhu yang luas sambil mempertahankan kinerja tegangan tinggi. Tim dari South China Normal University merancang elektrolit poli(tetrahydrofuran), atau poli(THF) yang saling terhubung yang mengatasi beberapa tantangan lama yang dihadapi baterai solid-state. Baterai ini dianggap sebagai alternatif yang menjanjikan dibandingkan sistem lithium-ion konvensional karena menggantikan elektrolit cair yang mudah terbakar dengan bahan padat yang lebih aman. Namun, sebagian besar elektrolit polimer padat mempunyai konduktivitas ionik yang buruk, kontak yang lemah dengan elektroda baterai, dan stabilitas yang terbatas pada tegangan tinggi. Elektrolit polieter terpolimerisasi in-situ yang ada juga cenderung menurun ketika dipasangkan dengan katoda tegangan tinggi, sehingga mengurangi masa pakai dan kinerja baterai. Untuk mengatasi keterbatasan tersebut, para peneliti mengembangkan elektrolit yang terbentuk langsung di dalam baterai melalui proses polimerisasi in-situ. Karena bahan tersebut awalnya berupa prekursor cair sebelum mengeras, bahan ini dapat mencapai kontak dekat dengan elektroda baterai namun tetap kompatibel dengan metode produksi baterai lithium-ion saat ini. Menyelesaikan tiga kendala utama Para peneliti mengatasi tiga masalah utama sekaligus: stabilitas tegangan, transpor ion, dan perlindungan elektroda. Pertama, mereka mengganti monomer 1,3-dioxolane yang umum digunakan dengan tetrahydrofuran. Menurut tim, perubahan tersebut meningkatkan stabilitas oksidasi, memungkinkan elektrolit menahan tegangan hingga 4,9 volt. Selanjutnya, mereka memperkenalkan etilen glikol diglisidil eter sebagai zat pengikat silang. Struktur tiga dimensi yang dihasilkan menciptakan jalur tambahan untuk pergerakan ion litium, meningkatkan konduktivitas ionik hingga 3,3 mS/cm pada suhu kamar. Komponen ketiga adalah lithium difluoro(oxalato)borate, atau LiDFOB. Selain berfungsi sebagai garam litium, bahan tersebut juga memulai polimerisasi dan membantu membentuk interfase pelindung pada kedua elektroda. Interfase mengandung senyawa litium fluorida dan boron-oksigen-fluor yang mengurangi reaksi samping yang tidak diinginkan dan membantu menstabilkan kinerja baterai selama siklus pengisian dan pengosongan berulang. “Kami menyadari bahwa merancang polimer dengan stabilitas oksidasi tinggi biasanya berarti mengorbankan konduktivitas ionik,” kata para penulis. “Itulah sebabnya kami memperkenalkan cross-linker—untuk menambahkan kembali situs peralihan untuk ion litium tanpa mengorbankan stabilitas tegangan.” Dibuat untuk kondisi ekstrem Elektrolit diuji dengan baterai logam litium menggunakan NCM811 yang kaya nikel dan katoda litium kobalt oksida. Baterai tetap stabil pada tegangan pemutusan tinggi sebesar 4,5 volt selama ratusan siklus pengisian-pengosongan dengan kehilangan kapasitas minimal. Para peneliti juga melaporkan pengoperasian baterai antara -40°C dan 55°C, kisaran yang mungkin berguna untuk kendaraan listrik, pesawat lepas landas dan mendarat vertikal listrik, dan sistem penyimpanan energi skala jaringan. “Kejutan sebenarnya datang dari LiDFOB: ia tidak hanya memulai polimerisasi, ia juga membangun lapisan pelindung pada kedua elektroda,” kata para penulis. “Strategi gabungan ini akhirnya mematahkan trade-off antara stabilitas dan konduktivitas.” Tim juga menyoroti keuntungan manufaktur dari pendekatan ini. “Dan karena proses kami menggunakan polimerisasi in-situ, produsen baterai tidak perlu merombak lini produksi mereka—ini adalah solusi langsung yang dapat digunakan dengan peralatan yang sudah ada,” kata para penulis. Para peneliti yakin strategi desain yang sama pada akhirnya dapat disesuaikan dengan bahan kimia baterai lainnya, termasuk sistem berbasis natrium dan litium-sulfur. Studi ini dipublikasikan di jurnal eScience Energy.
Diterbitkan : 2026-06-04 01:23:00
sumber : interestingengineering.com
