Kami mengambil banyak teknologi di sekitar kita begitu saja. Misalnya, mikrokomputer untuk ponsel yang bekerja tanpa pengisian daya sepanjang hari. Tetapi saya ingin telepon berfungsi selama 3-4 hari tanpa mengisi ulang. Atau mobil listrik yang dapat menempuh jarak 1000 kilometer, mengisi daya dalam hitungan menit ... dan harganya lebih murah daripada mobil dengan mesin bensin. Ada banyak pembicaraan tentang baterai solid-state selama bertahun-tahun, tetapi bagaimana keadaannya sekarang? Dan berapa banyak lagi yang harus kita tunggu sampai baterai solid state berakhir di dalam perangkat kita?
Contoh terbaru adalah Toyota, yang mengumumkan mobil baterai solid-state selama Olimpiade Musim Dingin. Baterai lithium-ion yang kita gunakan saat ini, sehebat apa pun, memiliki kelemahan tertentu yang coba dipecahkan oleh baterai solid-state.
Apa kesamaan mereka?
Kedua jenis menggunakan lithium untuk menghasilkan listrik dan struktur umumnya sangat mirip. Sederhananya, mereka memiliki anoda (elektroda negatif), katoda (elektroda positif) dan elektrolit.
Perbedaan utama mereka terletak pada keadaan elektrolit, yang membantu mentransfer ion dari katoda ke anoda selama pengisian dan sebaliknya selama pelepasan. Dengan kata lain, elektrolit mengatur aliran arus listrik antara sisi negatif dan positif baterai. Sementara baterai lithium-ion menggunakan elektrolit cair, baterai solid-state, seperti namanya, menggunakan lapisan tipis elektrolit padat.
Mengapa ini penting?
Elektrolit padat memiliki sejumlah keunggulan signifikan:
- Keamanan: pelektrolit asam lincah dan mudah terbakar pada suhu tinggi. Tidak seperti mereka, elektrolit padat lebih stabil dan mengurangi risiko kebakaran atau ledakan.
- Lebih tinggi kepadatan energi dan waktu pengisian lebih cepat: ppeningkatan stabilitas berarti baterai solid-state dapat menyimpan energi 50% lebih banyak daripada baterai lithium-ion, sementara baterai diharapkan mencapai 80% dalam waktu 12 menit.
Di sebelah kiri kita melihat struktur baterai lithium-ion, dan di sebelah kanan kita melihat struktur baterai solid-state.
3. Bobot dan ukuran yang lebih ringan: Sementara cairan di dalam baterai lithium-ion membuatnya lebih berat, struktur kompak baterai solid-state memungkinkan kepadatan energi yang lebih tinggi per satuan luas, yang berarti lebih sedikit baterai yang dibutuhkan.
Akankah baterai solid-state menggantikan baterai lithium-ion?
Secara teori, ya, atau setidaknya ke sanalah arahnya. Bahkan, banyak pembuat mobil yang sudah berinvestasi dalam teknologi ini, termasuk Volkswagen, Toyota, Ford dan BMW. Namun, dalam praktiknya, sel baterai solid-state diproduksi satu per satu di laboratorium, dan membawanya ke produksi massal - tugas yang mahal dan masih kurang berkembang.
Sulit untuk mengembangkan elektrolit padat yang stabil, inert secara kimia dan konduktor ion yang baik di antara elektroda. Selain itu, elektrolit terlalu mahal untuk diproduksi dan rentan terhadap retak karena kerapuhannya saat mengembang dan dikompresi saat digunakan. Tapi mungkin karena baterai lithium-ion secara bertahap menjadi lebih terjangkau, itu akan terjadi.
Studi apa yang sudah dilakukan?
Dalam beberapa tahun terakhir, banyak penelitian menarik telah dilakukan, yang bertujuan untuk memecahkan masalah ini. Peneliti MIT telah mengembangkan apa yang disebut konduktor ion-elektron campuran (MIECs), serta isolator elektronik dan lithium-ion (ELIs). Ini adalah arsitektur seluler tiga dimensi dengan tabung MIEC skala nano. Tabung diisi dengan lithium, yang membentuk anoda. Bagian penting dari penemuan ini adalah bahwa struktur seluler memungkinkan ruang bagi lithium untuk mengembang dan berkontraksi selama pengisian dan pemakaian. "Pernapasan" baterai ini mencegah keretakan. Lapisan tabung ELI bertindak sebagai penghalang yang melindunginya dari elektrolit padat. Ini adalah struktur baterai solid-state, yang menyelamatkan kita dari kebutuhan untuk menambahkan cairan atau gel apa pun, dan karenanya memungkinkan kita untuk menghindari dendrit.
Sebuah perusahaan bernama Sistem Penyimpanan Ion mengembangkan elektrolit keramik ultra tipis dengan ketebalan sekitar 10 mikrometer, dengan ketebalan yang hampir sama dengan pemisah plastik modern yang menggunakan elektrolit cair. Setiap sisi elektrolit keramik dilapisi dengan lapisan aluminium oksida super tipis yang membantu mengurangi resistensi. Prototipe baterai memiliki kapasitas energi sekitar 300 Wh/kg dan dapat diisi dalam 5-10 menit. Sebagai perbandingan: baterai NCA modern mencapai kapasitas energi sekitar 250 Wh/kg.
Di pameran CES tahun ini, Mecedes memamerkan mobil konsep AVTR, terbuat dari bahan ramah lingkungan, yang juga memiliki baterai yang sepenuhnya dapat didaur ulang. Dalam sebuah wawancara, Manajer Riset Baterai Senior Mercedes Andreas Hintennech menyatakan bahwa teknologi baterai saat ini sedang menjalani pengujian laboratorium dan akan siap dalam 10-15 tahun. CATL (mitra baterai China Tesla) juga telah mengembangkan sampel baterai solid-state, tetapi mereka melaporkan bahwa itu tidak akan memasuki pasar hingga 2030.
Produksi berkelanjutan baterai solid-state diharapkan akan diperbaiki dari tahun 2025, tetapi awalnya tidak di industri otomotif.
Baca juga: