Mobil Listrik Divonis Berumur Pendek, Korsel Siapkan Rumus Baterai Baru

Teknik fabrikasi mikro, yang sudah digunakan dalam industri semikonduktor, membuka jalan untuk meningkatkan baterai kendaraan listrik, memungkinkan lithium didistribusikan lebih merata selama pengisian daya, sehingga membatasi degradasi baterai yang cepat.

Para ilmuwan Korea telah menerapkan teknik fabrikasi mikro yang digunakan dalam industri semikonduktor untuk meningkatkan permukaan pengumpul arus tembaga pada baterai anoda, sehingga membantu pengendapan litium lebih merata selama pengisian daya dan membatasi pembentukan dendrit.

Penelitian yang diterbitkan dalam jurnal ilmiah internasional Advanced Functional Materials ini dilakukan oleh tim ilmuwan dari Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), Kyungpook National University, dan National NanoFab Center of Korea.

Salah satu pendekatan yang menjanjikan untuk meningkatkan kepadatan energi baterai kendaraan listrik adalah baterai tanpa anoda. Tidak seperti baterai konvensional yang menggunakan material seperti grafit untuk menyimpan litium selama pengisian daya, desain ini memungkinkan litium untuk diendapkan langsung ke lapisan tipis tembaga.

Menghilangkan material anoda mengurangi berat dan menghemat ruang, memungkinkan baterai untuk menyimpan lebih banyak energi tanpa menambah ukurannya. Namun, desain ini juga menimbulkan tantangan signifikan dalam hal daya tahan.

Selama beberapa siklus pengisian dan pengosongan, litium dapat menumpuk secara tidak merata pada permukaan tembaga, membentuk struktur bercabang tajam yang disebut dendrit. Lapisan pelindung pada permukaan litium juga dapat menjadi kurang stabil, meningkatkan reaksi yang tidak diinginkan dengan elektrolit, sehingga memengaruhi kinerja dan memperpendek umur baterai.

Untuk mengatasi keterbatasan ini, tim peneliti menerapkan teknik fabrikasi mikro yang digunakan dalam industri semikonduktor. Pertama, para ilmuwan melapisi lembaran tembaga dengan lapisan MXene setebal sekitar 10 nanometer.

Ini adalah material dua dimensi ultra-tipis yang bertindak sebagai lapisan pendukung untuk pembentukan lapisan pelindung kaya litium fluorida (LiF) selama pengoperasian baterai. Lapisan ini membantu membatasi reaksi antara litium dan elektrolit, dan juga membantu mencegah pertumbuhan dendritik.

Tim peneliti juga menggunakan litografi sputtering sekunder (SSL), teknik pemrosesan mikro presisi dalam manufaktur semikonduktor, untuk membuat jaringan tabung mikroskopis di permukaan tembaga.

Setiap tabung memiliki diameter sekitar 300 nanometer dan tinggi 150 nanometer, sehingga meningkatkan luas permukaan sekitar empat kali lipat dibandingkan dengan lembaran tembaga datar.Luas permukaan yang lebih besar memungkinkan litium untuk tersebar lebih luas dan merata selama pengisian daya, daripada terkonsentrasi di beberapa titik dan membentuk cabang-cabang yang tajam. Analisis juga mengkonfirmasi bahwa lapisan pelindung skala nano terbentuk secara seragam pada permukaan MXene.

Profesor Jinwoo Lee dari KAIST mengatakan bahwa metode baru ini dapat secara bersamaan menciptakan lokasi pengendapan litium yang seragam dan lapisan pelindung yang stabil tanpa mengubah komposisi elektrolit secara signifikan atau menambahkan litium berlebih.

Menurut tim peneliti, solusi ini dapat memperpanjang masa pakai baterai hanya dengan peningkatan berat dan volume yang sangat kecil, sehingga membuka jalan untuk mengembangkan baterai kendaraan listrik yang lebih kecil, lebih ringan, dan memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi