Keunggulan Baterai Ion Lithium Padat

•  Keamanan Tinggi

Berbeda dengan bahan cair atau polimer yang telah menyebabkan banyak kecelakaan kebakaran, bahan elektrolit anorganik padat relatif sulit terbakar meskipun dipanaskan atau teroksidasi tinggi. Sebuah studi detail untuk membandingkan pelepasan panas baterai dengan elektrolit yang berbeda menunjukkan bahwa SSB memiliki tingkat keamanan yang jauh lebih tinggi dibandingkan baterai elektrolit cair konvensional (14), meskipun studi kuantitatif lebih lanjut masih diperlukan untuk mengkonfirmasi keamanan intrinsik SSB.

Selain itu, elektrolit padat berpotensi mencegah pembentukan dendrit yang menyebabkan masalah keamanan serius pada baterai logam Li dengan elektrolit cair (15). Selanjutnya, konduktivitas termal bahan padat biasanya lebih tinggi daripada bahan cair, dan oleh karena itu penggunaan elektrolit padat dapat membantu menghilangkan titik panas di dalam baterai. Distribusi suhu yang tidak seragam di dalam baterai telah dilaporkan memainkan peran penting dalam memulai  pelapisan Li langsung dalam anoda grafit (16). Elektrolit padat anorganik dapat lebih stabil secara termal pada suhu yang lebih tinggi dibandingkan elektrolit cair, sehingga SSB dapat bekerja lebih andal dibandingkan LIB kondisi suhu tinggi yang ekstrem. Perlu juga dicatat bahwa walaupun banyak elektrolit padat  tampaknya menunjukkan stabilitas termal yang lebih baik daripada elektrolit cair, masalah keamanan lainnya, seperti  pelepasan gas H2S beracun akibat paparan elektrolit padat berbahan dasar tiofosfat ke udara sekitar, juga harus dipertimbangkan.

• Kepadatan Energi Tinggi

Salah satu motivasi utama penelitian dan pengembangan SSB adalah potensinya kepadatan energi yang tinggi. Sedangkan sekedar mengganti elektrolit cair dengan elektrolit padat membuat SSB tidak membantu meningkatkan kepadatan energi baterai karena semakin tinggi kepadatan elektrolit padat, peningkatan dramatis dalam kepadatan energi, baik secara volumetrik maupun secara gravimetri dapat dicapai dengan menggunakan logam Li sebagai anoda, seperti ditunjukkan pada Gambar 4 (1). Beberapa elektrolit padat seperti Li7La3Zr2O12 (LLZO) dan Li1+xAlxTi2−x(PO4)3 (LATP,0,3≤x≤0,5) telah menunjukkan stabilitas anodik yang sangat baik (17), memungkinkan pemanfaatan katoda dengan potensi tinggi. Selain perolehan kepadatan energi sel individu, pemanfaatan benda padat elektrolit juga memungkinkan tumpukan bipolar di mana beberapa lapisan baterai ditumpuk di dalam satu lapisan paket dan oleh karena itu secara signifikan dapat mengurangi ruang mati dan bagian yang tidak aktif dibandingkan dengan koneksi seri LIB konvensional (Gambar 5) (18, 19). Dalam hal ini, SSB menunjukkan keunikannya keuntungan dalam meningkatkan kepadatan energi, khususnya kepadatan energi volumetrik, .

• Siklus Hidup Panjang

SSB juga dianggap sebagai teknologi yang menjanjikan untuk meningkatkan masa pakai baterai. Salah satu alasan utama penurunan kapasitas baterai elektrolit cair konvensional adalah reaksi parasit yang sering berhubungan dengan dekomposisi elektrokimia dari elektrolit cair. Dalam hal ini, pemanfaatan elektrolit padat yang lebih stabil secara elektrokimia dapat menekan reaksi samping ini dan meningkatkan siklus hidup. Harus ditunjukkan bahwa jendela stabilitas elektrokimia intrinsik dari banyak elektrolit padat, misalnya yang tiofosfat, juga terbatas dan oleh karena itu interfase juga akan terbentuk pada antarmuka elektroda/elektrolit padat. Namun karena fitur elektrolit padat yang tidak bergerak, interfase yang terbentuk dalam SSB jauh lebih dinamis dibandingkan yang ada di LIB cair-elektrolit di mana fraktur berulang dan pembentukan kembali elektrolit padat interfase dapat terjadi sebagian karena sifat infiltratif elektrolit cair (23). Selain itu, elektrolit padat dapat mencegah persilangan kimia antara katoda dan anoda, yang akan membantu meningkatkan stabilitas siklus karena ion logam transisi terlarut dari katoda dapat berdifusi ke permukaan anoda melalui elektrolit cair dan menyebabkan pembentukan interfase elektrolit padat secara terus menerus pada anoda (24). Pemanfaatan elektrolit padat juga memungkinkan banyak elektroda yang dapat dilarutkan ke dalam cairan elektrolit, seperti LiTi2(PS4)3 (25) dan beberapa elektroda organik (26).

DAFTAR PUSTAKA

14. Inoue, T.; Mukai, K. Are All-solid-state lithium-ion batteries really safe?-Verification by differential scanning calorimetry with an all-inclusive microcell. ACS Applied Materials & Interfaces 2017, 9 (2), 1507–1515. 

15. Wang, Q.; Ping, P.; Zhao, X.; Chu, G.; Sun, J.; Chen, C. Thermal runaway caused fire and explosion of lithium ion battery. Journal of Power Sources 2012, 208, 210–224.

16. Wang, H.; Zhu, Y.; Kim, S. C.; Pei, A.; Li, Y.; Boyle, D. T.; Wang, H.; Zhang, Z.; Ye, Y.; Huang, W. Underpotential lithium plating on graphite anodes caused by temperature heterogeneity. Proceedings of the National Academy of Sciences 2020, 117 (47), 29453–29461. 

17. Zhu,Y.;He,X.;Mo,Y.Originofoutstandingstabilityinthelithiumsolidelectrolytematerials: insights from thermodynamic analyses based on first-principles calculations. ACS Applied Materials & Interfaces 2015, 7 (42), 23685–23693. 

18. Placke, T.; Kloepsch, R.; Dühnen, S.; Winter, M. Lithium ion, lithium metal, and alternative rechargeable battery technologies: the odyssey for high energy density. Journal of Solid State Electrochemistry 2017, 21 (7), 1939–1964. 

19. Kato, Y.; Hori, S.; Saito, T.; Suzuki, K.; Hirayama, M.; Mitsui, A.; Yonemura, M.; Iba, H.; Kanno, R. High-power all-solid-state batteries using sulfide superionic conductors. Nature Energy 2016, 1(4), 16030. 

23. Luntz,A.C.;Voss,J.;Reuter,K.Interfacial challenges in solid-state Li ion batteries. The Journal of Physical Chemistry Letters 2015, 6 (22), 4599–4604. 

24. Pieczonka, N. P. W.; Liu, Z. Y.; Lu, P.; Olson, K. L.; Moote, J.; Powell, B. R.; Kim, J. H. Understanding transition-metal dissolution behavior in LiNi0.5Mn1.5O4 high-voltage spinel for lithium ion batteries. The Journal of Physical Chemistry C 2013, 117 (31), 15947–15957. 

25. Shin, B. R.; Jung, Y. S. All-solid-state rechargeable lithium batteries using LiTi2(PS4)3 cathode with Li2S-P2S5 solid electrolyte. Journal of the Electrochemical Society 2013, 161 (1), A154. 

26. Luo, C.; Ji, X.; Chen, J.; Gaskell, K. J.; He, X.; Liang, Y.; Jiang, J.; Wang, C. Solid-state electrolyte anchored with a carboxylated azo compound for all-solid-state lithium batteries. Angewandte Chemie International Edition 2018, 130 (28), 8703–8707.