Elektroda Li4Ti5O12 Berpori

Membuat pori-pori di dalam partikel elektroda berukuran mikrometer adalah metode lain yang efektif untuk meningkatkan kinerja bahan elektroda. Elektroda berpori berukuran mikrometer tersebut memiliki keuntungan pada pengumpulan arus yang mudah dan memperpendek jalur difusi ion lithium. Struktur berpori meningkatkan luas permukaan, sehingga menghasilkan lebih banyak daerah permukaan untuk lithium untuk dimasukkan ke dalam bahan elektroda, sedangkan dinding setebal nanometer memperpendek jarak difusi lithium. Sorensen dkk. Menyiapkan Li4Ti5O12 berpori makro tiga dimensi (3D) menggunakan template kristal koloid poli (metil metakrilat) dan prekursor berair organik logam. Kinerja elektroda terkait erat dengan rongga dalam template yang diisi oleh prekursor cair organik logam. Jika rongga tidak terisi penuh, laju kemampuan Li4Ti5O12 dapat ditingkatkan secara signifikan, sementara kinerja berkurang dengan rongga yang terisi penuh karena penurunan porositas dan peningkatan ketebalan dinding. Sayangnya hasil sintesis mengandung fasa pengotor yaitu Li2TiO3, TiO2 rutil dan TiO2 anatase sekitar 10% dari total massa (Sorensen et al., 2006). Dokko dkk menyiapkan Li4Ti5O12 berpori 3 dimensi dengan tebal 80 µm melalui proses templating kristal koloid (bola polistiren monodispersi (PS), serupa dengan yang diterapkan oleh Sorensen dkk sebuah prekursor sol yang terdiri dari TTIP dan LiAc pertama direndam ke dalam ruang kosong template. Prekursor kemudian dikalsinasi di 800°C untuk mendapatkan membran Li4Ti5O12 yang berpori dengan struktur opal terbalik. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 1 Citra SEM 3 DOM Li4Ti5O12 pada 800 °C. 

Pada Gambar 1 pori-pori yang saling berhubungan memiliki ukuran seragam (0,8 µm) diamati dengan jelas. Membran Li4Ti5O12 berpori 3 dimensi menunjukkan kapasitas discharge 160 mA hg-1 pada laju 0,1 C dan bertahan pada kapasitas sekitar 60 mA hg-1 pada laju discharge tinggi 10 C. Elektroda Li4Ti5O12 berpori 3 dimensi juga menunjukkan stabilitas siklus yang baik dengan tingkat peluruhan kapasitas discharge sekitar 0,1 mA hg1 per siklus selama 100 siklus charge/discharge dengan kecepatan 1 C (Dokko et al., 2007). Huang dkk mensintesis Li4Ti5O12 mesopori dengan struktur pori bulat menggunakan metode makroemulsi (Huang & Jiang, 2008). Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2

Gambar 2 Ilustrasi skema fabrikasi Li4Ti5O12 bola berongga. 

Huang dkk mensintesis Li4Ti5O12 berpori menggunakan metode makroemulsi dalam larutan dua fase yang terdiri dari n-heptana dan etanol dengan triblok kopolimer P123 sebagai pengemulsi. Pertama, makroemulsi dibentuk setelah mencampur larutan etanol (mengandung LiAc dan P123) dan n-heptana terdiri dari P123, sedangkan fase dalam mengandung larutan etanol LiAc dan fasa luar terdiri dari larutan Ti(OC4H9)4 n-heptan. Kemudian, air diteteskan ke dalam Ti(OC4H9)4 dalam fase n-heptana di luar tetesan emulsi, terjadi penguapan n heptana dan etanol yang terbentuk TiO2 pada lapisan pengemulsi dan garam litium yang diendapkan secara homogen pada TiO2. Akhirnya, setelah penghilangan total pelarut, prekursor dibentuk dengan struktur bola berongga. Setelah perlakuan panas lebih lanjut, bubuk bola berongga Li4Ti5O12 diperoleh pori-pori dengan diameter sekitar 1µm dibentuk 100 nanopartikel litium (Huang & Jiang, 2008). 

DAFTAR PUSTAKA

Sorensen, E. M., Barry, S. J., Jung, H.-K., Rondinelli, J. R., Vaughey, J. T., & Poeppelmeier, K. R. (2006). Three-Dimensionally Ordered Macroporous Li4Ti5O12 : Effect of Wall Structure on Electrochemical Properties. Chemistry of Materials, 18(6), 1713–1714.

Dokko, K., Koizumi, S., Nakano, H., & Kanamura, K. (2007). Particle morphology, crystal orientation, and electrochemical reactivity of LiFePO4 synthesized by the hydrothermal method at 443 K. Journal of Materials Chemistry, 17(45), 4803–4810. 

Huang, J., & Jiang, Z. (2008). The synthesis of hollow spherical Li4Ti5O12 by macroemulsion method and its application in Li-ion batteries. Electrochemical and Solid-State Letters, 11(7), 116–118.