Para ilmuwan menghentikan lonjakan yang mematikan baterai dengan peningkatan kinerja pengisian daya sebesar 300%.
Sebuah tim peneliti dari MIT dan Technical University of Munich (TUM) telah menemukan dengan tepat bagaimana lonjakan yang mematikan baterai bisa terjadi. Dan bahkan menemukan cara untuk menghentikan mereka. Ditemukan bahwa dendrit baterai solid-state disebabkan oleh ketidakseimbangan listrik tersembunyi pada batas pertemuan butiran elektrolit. Ketidakseimbangan ini mengganggu konduksi muatan dengan menghalangi ion litium dan memerangkap elektron yang bocor. Tim berhasil meminimalkan perangkap listrik tersebut dengan menyesuaikan pemrosesan elektrolit, sehingga mengurangi kebocoran elektron. Menariknya, penyesuaian ini meningkatkan kepadatan arus material lebih dari 300 persen, sebuah lompatan yang memungkinkan pengisian baterai solid-state lebih cepat dan tahan lama. “Batas butir itu seperti cuaca: Semua orang membicarakannya, tapi tidak ada yang melakukan apa pun,” kata Harry Tuller, profesor di Departemen Ilmu dan Teknik Material MIT. “Dalam makalah ini, kami memutuskan untuk melakukan sesuatu mengenai batas butir, dan dengan melakukan sesuatu, kami telah menunjukkan peningkatan kinerja dan menunjukkan pentingnya batas butir secara lebih luas,” penulis senior tersebut menambahkan. Ketidakseimbangan listrik yang tersembunyi Baterai solid-state menjanjikan revolusi energi yang bersih dengan mengganti elektrolit cair dalam baterai lithium-ion dengan elektrolit keramik atau plastik padat. Namun, penerapan praktisnya terhenti karena korsleting yang disebabkan oleh dendrit, yaitu paku logam litium mikroskopis yang menembus inti padat seperti rumput liar yang memecahkan beton. Elektrolit keadaan padat terdiri dari miliaran kristal atau butiran tunggal berukuran mikron yang tersusun rapat, yang dipisahkan satu sama lain oleh batas butiran mikroskopis. Telah lama diduga bahwa batas-batas ini memiliki sifat kimia dan listrik yang berbeda yang menghalangi ion, membocorkan elektron, dan memicu hubungan arus pendek dendrit. Namun mekanisme pasti yang mendorong interaksi destruktif ini masih belum diketahui. “Batas butir itu seperti cacat,” kata Tuller. “Batas tersebut memiliki tingkat cacat yang lebih tinggi dibandingkan pada butiran itu sendiri, dan secara umum hal ini berarti ketika pembawa muatan mendekati batas tersebut, baik elektron maupun ion, terdapat semacam penyumbatan yang harus diatasi.” Dalam karya baru ini, gangguan tersebut diuraikan dengan memodelkan bagaimana ketidakseimbangan listrik lokal pada batas butir mengganggu pergerakan muatan. Selanjutnya diuji pada bahan elektrolit padat, litium lantanum zirkonat, menggunakan mikroskop elektron, pembelajaran mesin, dan spektroskopi tingkat lanjut. Hasilnya menunjukkan bahwa inti batas membawa muatan listrik lokal yang menghalangi ion litium sekaligus memerangkap elektron. Akumulasi elektron ini mengurangi muatan ion litium di dekatnya, secara langsung memaksa ion tersebut memadat menjadi dendrit logam yang mematikan baterai. Pengisian daya ultra cepat di masa depan Dengan menggunakan wawasan ini, para peneliti menyesuaikan kondisi pemrosesan elektrolit LLZO untuk meminimalkan muatan negatif pada batas butir. Elektrolit yang direkayasa memungkinkan ion litium untuk memperbesar dengan mudah sambil menghambat kebocoran elektron. Perbaikannya bekerja dengan baik. Material baru ini mentoleransi kerapatan arus kritis 300% lebih tinggi dibandingkan sampel standar tanpa pembentukan dendrit. Bagi konsumen sehari-hari, lonjakan 300% ini berarti kecepatan dan masa pakai. Artinya, baterai dapat menangani lonjakan arus besar yang diperlukan untuk pengisian daya ultra cepat, berulang kali, tanpa rusak. Temuan ini dipublikasikan di jurnal Nature Nanotechnology.
Diterbitkan : 2026-07-07 13:05:00
sumber : interestingengineering.com
