Tim Caltech mengganti kobalt beracun dalam baterai dengan katoda cetak 3D yang lebih aman
Para peneliti di laboratorium Julia R. Greer di Caltech telah mengembangkan metode baru untuk menciptakan katoda baterai berarsitektur tiga dimensi. Ini telah dirancang untuk meningkatkan keselamatan, mengurangi dampak lingkungan, dan meningkatkan kinerja baterai masa depan. Katoda baru ini menggantikan kobalt yang beracun, mahal, dan ditambang secara tidak etis dengan litium besi fosfat (LFP) yang tertanam dalam matriks karbon. LFP jauh lebih aman dan tidak mudah terbakar atau korsleting saat diisi daya secara berlebihan. LFP sendiri bukanlah bahan ajaib; biasanya kinerjanya lamban. Namun dengan memikirkan kembali arsitektur internal baterai, tim menemukan celah. “Kami telah mengembangkan cara serbaguna untuk membuat elektroda baterai tiga dimensi dari bahan yang lebih aman,” kata Yingjin Wang, mahasiswa pascasarjana di laboratorium Greer. “Dengan menggunakan litium besi fosfat, yang biasa disebut LFP, dikombinasikan dengan matriks karbon, kami menghilangkan penggunaan kobalt berbahaya sekaligus meningkatkan ketahanan mekanis baterai,” penulis pertama menambahkan. Katoda berarsitektur 3D Baterai lithium-ion adalah sumber daya dominan untuk perangkat seluler modern, kendaraan listrik, dan jaringan listrik terbarukan. Baterai ini terdiri dari lima komponen inti: anoda (elektroda negatif), katoda (elektroda positif), cairan elektrolit untuk mengangkut ion, pemisah untuk mencegah korsleting, dan pengumpul arus untuk memanen listrik. Meskipun penting secara komersial, desain standar memiliki risiko keselamatan dan keterbatasan kinerja yang terus-menerus. Untuk mengatasi kekurangan ini, pengembangan baru telah menata ulang desain baterai, membuka jalan bagi penyimpanan energi yang lebih ramah lingkungan dan tidak berbahaya serta meningkatkan kinerja. Baterai litium-ion konvensional mengandalkan elektroda datar dua dimensi (“planar”), namun dalam karya baru ini, tim memperkenalkan katoda berarsitektur tiga dimensi yang dihasilkan melalui pencetakan 3D. Selain itu, peralihan dari baterai berdesain datar ke baterai berarsitektur 3D akan memaksimalkan luas permukaan aktif tempat energi kimia diubah menjadi listrik. “Kami pikir ini menguntungkan karena Anda dapat memisahkan jarak difusi keadaan padat dan keadaan cair. Elektrolitnya berbentuk cair, sehingga dapat disalurkan melalui arsitektur ini, yang seperti labirin, ia memiliki permukaan padat yang dapat digunakan di mana saja,” jelas Greer. Selain itu, desain ini mengurangi liku-liku dan memperpendek jalur fisik yang harus dilalui ion antara katoda dan pemisah, sehingga meningkatkan kepadatan daya baterai dan memungkinkannya melepaskan energi yang tersimpan lebih cepat. Alternatif yang lebih aman Kelemahan utama baterai lithium-ion saat ini adalah ketergantungannya pada kobalt di katoda. Rantai pasokan kobalt terganggu oleh praktik penambangan yang tidak etis di wilayah terpencil di seluruh dunia, dan material tersebut menimbulkan bahaya keamanan yang besar karena kecenderungannya untuk terbakar atau menyebabkan korsleting ketika diisi ulang secara berlebihan. Sebaliknya, litium besi fosfat adalah alternatif yang jauh lebih aman. Profil kimianya yang stabil membuatnya jauh lebih kecil kemungkinannya untuk mengalami masalah termal berbahaya atau korsleting. “LFP sendiri bukanlah material baru, namun menggunakan pendekatan manufaktur aditif, atau pencetakan 3D, untuk membuat elektroda terarsitektur yang tidak mengandung kobalt adalah hal baru,” kata Greer. Tonggak penting berikutnya bagi para peneliti adalah merancang anoda LFP berarsitektur 3D pelengkap, yang akan menciptakan baterai berarsitektur 3D sepenuhnya yang padat energi dan daya. Mencapai hal ini akan menjadi tantangan manufaktur yang sangat kompleks mengingat tahap awal penelitian dan rumitnya parameter fabrikasi yang terlibat. Pada akhirnya, tim ini bertujuan untuk mengintegrasikan elektrolit berbasis polimer untuk mencapai baterai solid-state yang sebenarnya. Studi ini dipublikasikan di jurnal ACS Energy Letters.
Diterbitkan : 2026-06-24 13:35:00
sumber : interestingengineering.com
