Disable Preloader

Berita

01 Maret 2018

Tantangan dan Peluang Riset Material Katoda untuk Baterai Ion Litium

Oleh : Dr. Abdulloh Rifai, S.T., M.Eng.

Baterai ion Lithium telah banyak digunakan pada alat-alat elektronika portabel, seperti laptop, ponsel cerdas, kamera digital, dan pemutar media portabel. Dibandingkan dengan teknologi baterai lainnya, baterai ion Lithium memiliki sejumlah keunggulan, misalnya lebih ringan dibandingan dengan baterai isi ulang lainnya dengan ukuran yang sama, bisa menyimpan muatan dalam waktu yang lama dengan kehilangan muatan sekitar 5% dalam satu bulan, tidak memiliki efek memori yang berarti bahwa tidak perlu melakukan pengosongan muatan penuh sebelum pengisian ulang, dan bisa melakukan siklus pengisian dan pengosongan muatan hingga ratusan kali. Karena memiliki kepadatan energi dan kepadatan daya yang lebih tinggi, baterai ion Lithium secara intensif didalami melalui riset dan dicoba untuk aplikasi transportasi, misalnya kendaraan listrik baterai (BEV), kendaraan listrik hibrida (HEV), dan kendaraan listrik hibrida plug-in (PHEV) serta untuk penyimpan energi yang efisien.

Penggunaan baterai ion Lithium memiliki prospek yang menarik. Namun, ada beberapa isu penting yang berkaitan dengan energi, daya, keamanan, siklus, dan biaya dalam mengadopsi teknologi ion Lithium untuk transportasi dan penyimpan energi listrik stasioner. Isu-isu ini berkaitan dengan material elektroda, baik anoda maupun katoda, serta material elektrolit yang digunakan. Pemilihan dan pemrosesan material ini menjadi kunci dalam pengembangan baterai ion Lithium generasi berikutnya.

 

electrolit

 Gambar 1. Konfigurasi baterai ion Lithium.

Beberapa material katoda yang telah dipelajari misalnya LiCoO2, LiMn2O4, dan LiFePO4. Material katoda LiCoO2 memiliki konduktivitas elektronik dan ion Li+ yang tinggi. Namun, faktor-faktor seperti biaya tinggi, sifat racun, dan ketidakstabilan kimia pada saat deep charge, 50% kapasitas teoritis yang bisa digunakan dan keselamatan menghalangi penggunaan LiCoO2 untuk aplikasi transportasi dan penyimpan energi. Karena ion Ni3+/4+ dan ion  Mn3+/4+ bisa memberikan kapasitas yang lebih tinggi dan faktor keselamatan yang baik, katoda LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 menggantikan LiCoO2 pada alat elektronik portabel. Material katoda LiMn2O4 dan LiFePO4 telah dipertimbangkan untuk aplikasi transportasi karena biaya rendah dan ramah lingkungan, stabilitas struktur dan kimia yang baik, dan laju pengisian dan pengosongan yang tinggi. Namun, energi yang terbatas menjadi kelemahan dari kedua material ini. Untuk meningkatkan kapasitas, katoda spinel LiMn2O4 dicampur dengan 30% berat LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2. Sementara itu, LiFePO4 memiliki konduktivitas elektronik dan ion Li+ yang rendah. Konduktivitas ini bisa ditingkatkan dengan membuat nanopartikel LiFePO4 yang dilapisi karbon konduktif, tetapi biaya pemrosesan material menjadi tinggi.

capacity

Gambar 2. Rentang voltase dan kapasitas untuk beberapa material katoda dan anoda.

Untuk meningkatkan kepadatan energi, penggunaan katoda yang beroperasi pada voltase tinggi lebih besar dari 4,2 V dan menunjukkan kapasitas tinggi diharapkan. Beberapa katoda yang beroperasi pada voltase tinggi misalnya LiMn0,5Ni0,5O4, LiCoPO4, dan LiNiPO4 dengan voltase berturut-turut 4,7; 4,8; dan 5,2 V. Kesulitan utama dalam penggunaan katoda dengan voltase tinggi adalah ketidakstabilan elektrolit organik seperti LiPF6 yang kontak dengan permukaan katoda. Salah satu cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan memodifikasi permukaan katoda yang memberikan kesesuaian dengan elektrolit yang digunakan. Sulfur dan oksigen memiliki kapasitas teoritis yang sangat besar, masing-masing 1675 mAh/g pada voltase operasi rata-rata 2,1 V dan 3350 mAh/g pada voltase operasi sekitar 3 V, yang lebih tinggi daripada kapasitas katoda yang lain. Namun, penggunaan sulfur dan oksigen sebagai katoda juga memiliki beberapa masalah utama. Studi lebih lanjut masih perlu dilakukan untuk pengembangan material katoda yang aman, memerlukan biaya pemrosesan yang rendah, dan memiliki kepadatan energi yang tinggi.

 

 

Gambar Lainnya