Elektrolit Keramik Padat untuk Baterai Ion Lithium

 Elektrolit keramik dalam baterai litium-ion berfungsi sebagai media padat bagi ion litium untuk berpindah antara anoda dan katoda selama siklus pengisian dan pengosongan. Begini cara kerjanya:


1. **Konduktivitas Ionik**: Elektrolit keramik biasanya terbuat dari senyawa berbasis litium (seperti Li10GeP2S12 atau Li7La3Zr2O12) yang menunjukkan konduktivitas ionik tinggi. Hal ini memungkinkan ion litium bermigrasi melalui struktur keramik secara efisien.


2. **Struktur**: Struktur kristal keramik memberikan kerangka stabil yang memfasilitasi pergerakan ion litium namun tetap kedap terhadap elektron dan spesies lain, sehingga membantu mencegah korsleting.


3. **Stabilitas Elektrokimia**: Elektrolit keramik dapat menahan voltase dan suhu yang lebih tinggi dibandingkan elektrolit cair tradisional, sehingga cocok untuk aplikasi energi dan suhu tinggi.


4. **Keamanan**: Menjadi padat, elektrolit keramik mengurangi risiko kebocoran dan sifat mudah terbakar yang terkait dengan elektrolit cair, sehingga meningkatkan keamanan baterai.


5. **Stabilitas Antarmuka**: Mereka sering kali membentuk antarmuka yang stabil dengan bahan anoda dan katoda, yang membantu menjaga kinerja selama banyak siklus pengisian-pengosongan.


Singkatnya, elektrolit keramik memfasilitasi konduksi ion litium yang efisien, meningkatkan keamanan, dan meningkatkan kinerja keseluruhan serta masa pakai baterai litium-ion.


Mekanisme transpor ion dalam Li7La3Zr2O12 (LLZO), elektrolit padat yang populer untuk baterai litium-ion, melibatkan beberapa aspek utama:


Struktur Kristal: LLZO memiliki struktur kristal tipe garnet yang menyediakan jaringan tiga dimensi untuk pergerakan ion litium. Struktur ini dicirikan oleh situs oktahedral dan tetrahedral yang besar tempat ion litium berada.


Mobilitas Ion Litium: Ion litium bergerak melalui kisi dengan melompat di antara situs-situs ini. Konduktivitas ionik LLZO yang tinggi muncul dari adanya situs litium kosong yang memungkinkan migrasi ion dengan cepat.


Cacat Kimia: Konduktivitas ionik juga dipengaruhi oleh adanya kekosongan (ion litium yang hilang) dan substitusi (seperti La dan Zr) dalam struktur kristal. Cacat ini menciptakan jalur untuk transportasi ion litium dan meningkatkan mobilitas.


Ketergantungan Suhu: Transportasi ionik di LLZO bergantung pada suhu. Pada suhu yang lebih tinggi, peningkatan energi panas memungkinkan ion litium lebih mudah berpindah antar lokasi, sehingga menghasilkan konduktivitas yang lebih tinggi.


Jalur Ionik: Penelitian telah menunjukkan bahwa jalur spesifik melalui struktur kristal (seperti sepanjang arah [100] atau [110]) lebih disukai untuk transpor ion, sehingga berkontribusi terhadap konduktivitas LLZO secara keseluruhan.


Singkatnya, mekanisme transpor ion dalam Li7La3Zr2O12 difasilitasi oleh struktur kristalnya, lompatan ion litium, sifat kimia yang cacat, dan pengaruh suhu, menjadikannya elektrolit padat yang efektif untuk baterai litium-ion.


Memvisualisasikan Jaringan Tiga Dimensi di LLZO:


Struktur Garnet: Bayangkan sebuah kisi tiga dimensi yang terdiri dari tetrahedra dan oktahedra yang saling berhubungan. Dalam struktur ini, ion litium (Li⁺) menempati lokasi tertentu dalam bentuk geometris ini.


Situs Oktahedral dan Tetrahedral: Gambar oktahedra (dengan litium di tengahnya) dikelilingi oleh atom oksigen, membentuk jaringan yang stabil. Tetrahedra juga terdapat, dengan ion litium ditempatkan di lokasi ini, memungkinkan terjadinya pergerakan.


Jalur Transportasi Ion: Visualisasikan saluran atau jalur yang melewati struktur. Jalur ini memungkinkan ion litium berpindah dari satu tempat ke tempat lain, sehingga menciptakan jalur transportasi ion yang efisien.


Struktur kristal sel satuan 8 per satuan rumus (pfu) dalam LLZO tetragonal (Li7La3Zr2O12). Ditampilkan di sisi kanan adalah tiga situs lithium yang berbeda: 8a, 16f dan 32g 
Struktur kristal sel satuan 8 pfu kubik LLZO, dengan bola putih Li1 mewakili situs tetrahedral 24d dan bola merah muda Li2 mewakili situs oktahedral 96 jam





Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Bagaimana Baterai Bisa Mengalami Kerusakan atau Kegagalan??

Gambar
 Salah satu hal paling penting dalam desain baterai adalah keamanan. Keamanan dapat terjadi dalam bentuk perubahan kimia dalam sel, separator yang digunakan, pemilihan bahan aktif, dan elektrolit yang digunakan. Tetapi pada dasarnya, keamanan lithium-ion dapat dilakukan dengan melindungi sel dalam sistem dan tetap terjaga dalam rentang suhu dan tegangan optimal agar menghindari kegagalan yang dapat menyebabkan bahaya bagi pengguna teknologi yang menggunakan sel lithium ion. Berikut merupakan jenis dan penyebab failure mode yang dapat terjadi pada baterai lithium-ion yang dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1.  Jenis dan Penyebab Failure Mode Kegagalan sel baterai dapat disebabkan oleh beberapa faktor utama seperti korsleting, penguapan (gassing), dan pertumbuhan impedansi. Korsleting, baik internal maupun eksternal, sering disebabkan oleh serpihan, pertumbuhan dendrit, atau penyusutan separator, serta material asing yang menghubungkan antar tab atau menyebabkan penet...
Baca selengkapnya

Prinsip Kerja Baterai Ion Lithium

Gambar
Prinsip kerja sederhana dari baterai ialah energi kimia dikonversi menjadi energi listrik, atau sebaliknya. Pada baterai ion lithium lebih dikenal sebagai reaksi reduksi dan reaksi oksidasi. Reaksi penambahan jumlah elektron dari molekul atau atom disebut reaksi reduksi, sedangkan reaksi pengurangan jumlah elektron dari molekul atau atom disebut reaksi oksidasi [1]. Berikut skema charge discharge untuk baterai ion lithium seperti Gambar 1 [2] Gambar 1. Skema prinsip pengisian dan pengosongan baterai sekunder ion lithium[2] Dalam baterai ion lithium, katoda dan anoda masing-masing terdiri dari bahan yang berbeda yang dapat disematkan secara reversibel dan melepaskan ion lithium. Terdapat separator dan garam lithium sebagai elektrolit kemudian dilarutkan dalam campuran pelarut seperti dimetil karbonat, etilen karbonat (EC), atau propilen karbonat (PC) [3]. Selama pengisian, ion Li+ dilepaskan dari katoda dan mendapatkan elektron pada anoda, yang direduksi menjadi lithium dan d...
Baca selengkapnya