Terlepas dari pertimbangan kinerja, biaya, atau keselamatan, baterai isi ulang solid-state adalah pilihan terbaik untuk menggantikan energi fosil dan pada akhirnya mewujudkan jalan menuju kendaraan energi baru.
Sebagai penemu bahan katoda seperti LiCoO2, LiMn2O4 dan LiFePO4, Goodenough terkenal di bidangnyabaterai litium-iondan benar-benar merupakan "bapak baterai lithium-ion".
Dalam artikel terbaru di NatureElectronics, John B. Goodenough, yang berusia 96 tahun, mengulas sejarah penemuan baterai lithium-ion yang dapat diisi ulang dan menunjukkan jalan ke depan.
Pada tahun 1970an, krisis minyak terjadi di Amerika. Menyadari ketergantungannya yang berlebihan pada impor minyak, pemerintah memulai upaya besar-besaran untuk mengembangkan energi surya dan angin. Karena sifat energi matahari dan angin yang intermiten,baterai yang dapat diisi ulangpada akhirnya diperlukan untuk menyimpan sumber energi terbarukan dan bersih ini.
Kunci pengisian dan pengosongan yang dapat dibalik adalah reaksi kimia yang dapat dibalik!
Pada saat itu, sebagian besar baterai non-isi ulang menggunakan elektroda litium negatif dan elektrolit organik. Untuk mencapai baterai yang dapat diisi ulang, semua orang mulai mengerjakan penanaman ion litium yang dapat dibalik ke dalam katoda logam sulfida transisi berlapis. Stanley Whittingham dari ExxonMobil menemukan bahwa pengisian dan pengosongan yang dapat dibalik dapat dicapai dengan kimia interkalasi menggunakan TiS2 berlapis sebagai bahan katoda, dengan produk pelepasannya adalah LiTiS2.
Sel ini, yang dikembangkan oleh Whittingham pada tahun 1976, mencapai efisiensi awal yang baik. Namun, setelah beberapa kali pengisian dan pengosongan, dendrit litium terbentuk di dalam sel, yang tumbuh dari elektroda negatif ke positif, menciptakan korsleting yang dapat memicu elektrolit. Upaya ini, sekali lagi, berakhir dengan kegagalan!
Sementara itu, Goodenough, yang pindah ke Oxford, sedang menyelidiki berapa banyak litium yang paling banyak dapat dilepaskan dari lapisan bahan katoda LiCoO2 dan LiNiO2 sebelum strukturnya berubah. Pada akhirnya, mereka mencapai pelepasan lebih dari setengah litium dari bahan katoda secara reversibel.
Penelitian ini akhirnya memandu Akira Yoshino dari AsahiKasei untuk mempersiapkan yang pertamabaterai lithium-ion yang dapat diisi ulang: LiCoO2 sebagai elektroda positif dan karbon grafit sebagai elektroda negatif. Baterai ini berhasil digunakan di ponsel Sony yang paling awal.
Untuk mengurangi biaya dan meningkatkan keamanan. Baterai isi ulang serba solid dengan elektrolit padat tampaknya menjadi arah penting untuk pengembangan di masa depan.
Pada awal tahun 1960an, ahli kimia Eropa bekerja pada penanaman ion litium yang dapat dibalik ke dalam bahan logam sulfida transisi berlapis. Pada saat itu, elektrolit standar untuk baterai isi ulang sebagian besar adalah elektrolit berair asam kuat dan basa seperti H2SO4 atau KOH. Sebab, dalam elektrolit berair tersebut, H+ memiliki difusivitas yang baik.
Pada saat itu, baterai isi ulang yang paling stabil dibuat dengan NiOOH berlapis sebagai bahan katoda dan elektrolit berair basa kuat sebagai elektrolitnya. h+ dapat tertanam secara reversibel dalam katoda berlapis NiOOH untuk membentuk Ni(OH)2. masalahnya adalah elektrolit berair membatasi tegangan baterai, sehingga menghasilkan kepadatan energi yang rendah.
Pada tahun 1967, Joseph Kummer dan NeillWeber dari Ford Motor Company menemukan bahwa Na+ memiliki sifat difusi yang baik dalam elektrolit keramik di atas 300°C. Mereka kemudian menemukan baterai isi ulang Na-S: natrium cair sebagai elektroda negatif dan sulfur cair yang mengandung pita karbon sebagai elektroda positif. Hasilnya, mereka menemukan baterai isi ulang Na-S: natrium cair sebagai elektroda negatif, belerang cair yang mengandung pita karbon sebagai elektroda positif, dan keramik padat sebagai elektrolit. Namun, suhu pengoperasian 300°C membuat baterai ini tidak mungkin dikomersialkan.
Pada tahun 1986, Goodenough merealisasikan baterai litium solid-state yang dapat diisi ulang tanpa generasi dendrit menggunakan NASICON. Saat ini, baterai lithium dan natrium solid-state yang dapat diisi ulang berdasarkan elektrolit solid-state seperti NASICON telah dikomersialkan.
Pada tahun 2015, MariaHelena Braga dari Universitas Porto juga mendemonstrasikan elektrolit padat oksida berpori isolasi dengan konduktivitas ion litium dan natrium yang sebanding dengan elektrolit organik yang saat ini digunakan dalam baterai litium-ion.
Singkatnya, terlepas dari pertimbangan kinerja, biaya, atau keselamatan, baterai isi ulang solid-state adalah pilihan terbaik untuk menggantikan energi fosil dan pada akhirnya mewujudkan jalan menuju kendaraan energi baru!
Waktu posting: 25 Agustus-2022