Baterai solid-state (Baterai Padat)
Baterai solid-state (Baterai Padat), saat ini telah dikembangkan di beberapa negara, mungkin menawarkan beberapa peluang terbaik untuk “komersialisasi beyond lithium”. Deskripsi paling sederhana dari baterai solid-state adalah baterai yang menggantikan elektrolit cair tradisional dengan padat, gel, atau komposit padat/gel. Dalam baterai lithium-ion tradisional elektrolit adalah media di mana ion litium dihantarkan. Dalam baterai solid-state yang media cairnya dilepas dan diganti dengan elektrolit padat ringan. Daripada menghantarkan ion litium seperti yang dilakukan dalam cairan, padatan elektrolit mendifusikan ion litium dari anoda ke katoda dan kemudian kembali. Ada dua metode difusi dimana ion litium dapat ditransfer melalui padatan elektrolit. Yang pertama disebut difusi kekosongan, yang terjadi ketika lithium-ion berpindah dari posisi semula ke posisi kosong yang bersebelahan dengannya. Ini terbuka mencari lowongan lain yang dapat ditempati oleh lithium-ion lain dan seterusnya. Bayangkan ini seperti papan catur, setelah satu bidak catur dipindahkan ke kaleng lain yang diisi tempat yang sebelumnya. Metode lain untuk difusi ion litium adalah dengan difusi interstisial. Dalam hal ini lithium-ion berpindah ke cacat interstisial, yang berupa ruang kosong di dalam struktur kristal, di mana tidak ada atom lain menempati struktur kristal. Dari sini, proses difusi berjalan seperti difusi lowongan (Davison & Boyce, 2012). Komponen baterai solid-state meliputi anoda, katoda, elektrolit, foil logam pengumpul arus, dan penutup. Tidak diperlukan pemisah karena elektrolit padat kini mengambil peran tersebut.
Baterai solid-state berpotensi menawarkan beberapa keuntungan signifikan seperti kepadatan energi yang tinggi karena tidak diperlukan jarak antar elektroda dan elektrolit. Sel solid-state lebih kecil yang juga berarti memberikan kepadatan energi yang lebih baik daripada sel lithium-ion yang konvensional. Eliminasi elektrolit cair berbasis karbonat juga berarti bahwa keamanannya terjamin karena tidak ada lagi komponen yang dapat terbakar. Beberapa baterai solid-state telah terbukti terus bekerja bahkan setelah baterai tersebut dipotong dengan gunting dan sel-sel tersebut juga tidak mengalami pelepasan panas (terbakar) akibat pemotongan tersebut.
Kimia zat padat (solid state chemistry) merupakan bidang studi tentang atom-atom yang bergabung untuk menghasilkan benda padat atau struktur kristal semipadat (Matson & Orbeak, 2013, hal. 44). Daripada menggunakan elektrolit cair, lapisan elektrolit padat dapat terbentuk di atas lapisan bahan aktif (anoda dan katoda). Ada beberapa jenis sel yang dikenal sebagai baterai solid-state, yang pertama adalah Baterai Film Tipis (TFB) yang bahannya dibuat berdasarkan lapisan logam lapis demi lapis. Proses ini mungkin menggunakan proses deposisi uap kimia, proses sputtering, atau sesuatu yang serupa untuk membangun bahan katoda dan anoda ke substrat. Ini dimulai dengan pengendapan bahan katoda ke dalam pengumpul arus yang terpasang pada substrat. Kemudian pasangan elektrolit padat rial, seperti NIPON atau NASICON yang disimpan ke katoda dan akhirnya bahan anoda diendapkan ke elektrolit padat dan ke kolektor arus lainnya. Di atas semua ini ada beberapa bentuk perlindungan lapisan. Rakitan ini biasanya dimasukkan ke dalam sel tipe kantong (pouch) atau kancing (coin) seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Tantangan untuk aplikasi skala besar pada baterai lapisan tipis adalah pada proses komersialisasi dan produksi. Karena menggunakan proses deposisi jenis itu menghasilkan lapisan bahan yang sangat tipis, TFB sangat terbatas pada sel berukuran miliampere jam (mAh) dan belum dapat diperbesar ke sel cukup besar untuk menggerakkan kendaraan dan aplikasi besar. Sel yang terlalu tipis juga berarti tidak dapat diintegrasikan ke dalam aplikasi yang memerlukan kekuatan berapa pun untuk diterapkan pada sel karena lapisan ultra tipis ini akan hancur. tantangan lain panjang yang umum pada sebagian besar baterai lithium-ion adalah ekspansi volumetrik yang terjadi saat siklik. Pada baterai solid-state, hal ini dapat menimbulkan dampak buruk jika desain sel belum memperhitungkan perluasan material. Tapi bahkan dengan ukuran kecil dan tantangan yang disebutkan di sini, baterai lapisan tipis ini telah menemukan beberapa tantangan aplikasi khusus yang sangat cocok seperti pada implan perangkat medis.
DAFTAR PUSTAKA
Davison, J., & Boyce, J. (2012). Low cost, novel methods for fabricating all-solid-state lithium ion batteries. Worcester, MA: Worcester Polytechnic Institute.
Matson, M., & Orbeak, A. (2013). Inorganic chemistry for dummies. Hoboken: John Wiley & Sons, Inc.
Komentar
Posting Komentar