Mendekati 1.000 km dengan Sekali Pengisian Daya – Para Ilmuwan Menemukan Bahan Rahasia yang Dapat Meningkatkan Jangkauan EV
Para peneliti di POSTECH telah mengembangkan terobosan baterai lithium-ion dengan partikel mikro silikon dan elektrolit polimer gel, yang secara signifikan meningkatkan kepadatan dan stabilitas energi. Inovasi ini mengatasi masalah ekspansi silikon dan dapat menghasilkan kendaraan listrik dengan masa pakai baterai lebih lama dan efisiensi.
Pada Consumer Electronics Show (CES) 2024, sorotan tertuju pada perkembangan inovatif dalam AI dan layanan kesehatan. Namun, teknologi baterai menjadi penentu utama inovasi ini, sehingga memungkinkan efisiensi daya yang lebih besar. Yang penting, kendaraan listrik adalah tempat dimana teknologi ini diterapkan secara intensif.
Kendaraan listrik saat ini dapat menempuh jarak sekitar 700 km dengan sekali pengisian daya, sementara para peneliti menargetkan jangkauan baterai hingga 1.000 km. Para peneliti dengan sungguh-sungguh mengeksplorasi penggunaan silikon, yang dikenal dengan kapasitas penyimpanannya yang tinggi, sebagai bahan anoda dalam baterai lithium-ion untuk kendaraan listrik. Namun, terlepas dari potensinya, penggunaan silikon secara praktis masih menjadi teka-teki yang masih sulit dipecahkan oleh para peneliti.
Terobosan Teknologi Baterai Berbasis Silikon
Masukkan Profesor Soojin Park, kandidat PhD Minjun Je, dan Dr. Hye Bin Son dari Departemen Kimia di Universitas Sains dan Teknologi Pohang (POSTECH). Mereka telah memecahkan kode tersebut, mengembangkan sistem baterai Li-ion berdensitas energi tinggi generasi berikutnya yang ramah kantong dan kokoh menggunakan partikel silikon mikro dan elektrolit polimer gel. Karya ini baru-baru ini diterbitkan di jurnal Sains Tingkat Lanjut.
Tantangan dengan Silikon sebagai Bahan Baterai
Penggunaan silikon sebagai bahan baterai menghadirkan tantangan: Silikon mengembang lebih dari tiga kali lipat selama pengisian daya dan kemudian menyusut kembali ke ukuran aslinya saat daya habis, sehingga berdampak signifikan pada efisiensi baterai. Memanfaatkan silikon berukuran nano (10-9m) mengatasi sebagian masalah ini, namun proses produksinya yang canggih sangatlah rumit dan sangat mahal, sehingga hal ini merupakan proposisi anggaran yang menantang.
Pembentukan hubungan kovalen antara mikro-silikon dan elektrolit gel melalui proses berkas elektron. Kredit: POSTECH
Sebaliknya, silikon berukuran mikro (10-6m) sangat praktis dalam hal biaya dan kepadatan energi. Namun, masalah perluasan partikel silikon yang lebih besar menjadi lebih jelas selama pengoperasian baterai, sehingga menimbulkan keterbatasan dalam penggunaannya sebagai bahan anoda.
Inovasi dalam Elektrolit Polimer Gel
Tim peneliti menerapkan elektrolit polimer gel untuk mengembangkan sistem baterai berbasis silikon yang ekonomis namun stabil. Elektrolit dalam baterai lithium-ion merupakan komponen penting, memfasilitasi pergerakan ion antara katoda dan anoda. Tidak seperti elektrolit cair konvensional, elektrolit gel berbentuk padat atau gel, ditandai dengan struktur polimer elastis yang memiliki stabilitas lebih baik daripada cairannya.
Meningkatkan Kinerja Baterai dengan Micro Silicon
Tim peneliti menggunakan berkas elektron untuk membentuk hubungan kovalen antara partikel mikro-silikon dan elektrolit gel. Ikatan kovalen ini berfungsi untuk menghilangkan tekanan internal yang disebabkan oleh perluasan volume selama pengoperasian baterai lithium-ion, sehingga mengurangi perubahan volume silikon mikro dan meningkatkan stabilitas struktural.
Hasilnya luar biasa: Baterai menunjukkan kinerja yang stabil bahkan dengan partikel mikro silikon (5μm), yang seratus kali lebih besar dibandingkan yang digunakan dalam anoda nano-silikon tradisional. Selain itu, sistem elektrolit silikon-gel yang dikembangkan oleh tim peneliti menunjukkan konduktivitas ion serupa dengan baterai konvensional yang menggunakan elektrolit cair, dengan peningkatan kepadatan energi sekitar 40%. Selain itu, sistem tim memiliki nilai yang signifikan karena proses pembuatannya yang sederhana dan siap untuk diterapkan segera.
Profesor Soojin Park menekankan: “Kami menggunakan anoda mikro-silikon, namun kami memiliki baterai yang stabil. Penelitian ini membawa kita lebih dekat pada sistem baterai lithium-ion dengan kepadatan energi tinggi yang nyata.”
Referensi: “Memformulasikan Ikatan Kovalen yang Diinduksi Berkas Elektron untuk Anoda Mikropartikel Silikon Berdensitas Tinggi dan Stabil” oleh Minjun Je, Hye Bin Son, Yu-Jin Han, Hangeol Jang, Sungho Kim, Dongjoo kim, Jieun Kang, Jin-Hyeok Jeong, Chihyun Hwang, Gyujin Song, Hyun-Kon Song, Tae Sung Ha dan Soojin Park, 17 Januari 2024, Sains Tingkat Lanjut.
DOI: 10.1002/advs.202305298
Penelitian ini dilakukan dengan dukungan dari Program Peneliti Independen dari National Research Foundation of Korea.
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
