Proses baru terlihat untuk mencegah kehilangan energi yang tidak dapat diubah dalam baterai
Seringkali ketika baterai mengatakan bahwa kapasitas terisi penuh seringkali hanya pada 70-90% dari kepadatan energi teoritis yang dapat disimpan, karena hilangnya ion Li secara permanen yang dapat terjadi selama tahap pembentukan produksi baterai.
Dalam upaya untuk mengatasi hal ini dan mencegah hilangnya ion Li, para ilmuwan dari Institut Sains Korea dan Teknologi (KIST) telah mengembangkan solusi pra-perawatan elektroda yang mampu meminimalkan kehilangan ion Li awal dalam anoda komposit grafit-silikon oksida (SiOx, 0.5 ≤ x ≤ 1.5).
Setelah dicelupkan ke dalam larutan, anoda, yang terdiri dari 50% SiOx, menunjukkan kehilangan Li yang dapat diabaikan, memungkinkan sel penuh untuk menunjukkan kepadatan energi yang mendekati ideal.
Sebagian besar baterai Li komersial menggunakan anoda grafit, tetapi SiOx telah mengumpulkan perhatian yang signifikan karena kapasitasnya yang tinggi, yaitu 5-10 kali lebih besar dari grafit. SiOx, bagaimanapun, juga secara ireversibel mengkonsumsi Li aktif tiga kali lebih banyak daripada grafit. Akibatnya, elektroda komposit, yang terdiri dari campuran grafit dan SiOx, telah dipromosikan sebagai alternatif untuk anoda generasi berikutnya yang praktis.
Sementara ada peningkatan yang sesuai dalam kapasitas elektroda komposit grafit-SiOx pada rasio SiOx yang lebih tinggi, ada juga peningkatan kehilangan Li awal. Akibatnya, rasio kandungan SiOx dalam elektroda komposit grafit-SiOx harus dibatasi hingga 15%, karena meningkatkan rasio hingga 50% akan menghasilkan kehilangan Li awal sebesar 40%.
Untuk mengatasi hal ini, tim peneliti di KIST telah mengembangkan proses di mana elektroda dicelupkan ke dalam solusi unik untuk mengurangi konsumsi Li oleh elektroda SiOx. Tim kemudian menerapkan proses ini pada material komposit grafit-SiOx dengan potensi komersialisasi yang signifikan.
Tim menemukan bahwa solusi pra-perawatan yang dikembangkan sebelumnya akan menyebabkan penyisipan molekul pelarut yang tidak disengaja dengan ion Li ke dalam grafit, karena kemampuan interkalasi grafit yang serbaguna. Interkalasi molekul pelarut besar ini mengakibatkan kerusakan struktural elektroda komposit grafit-SiOx. Untuk mencegah kegagalan elektroda, para peneliti mengembangkan solusi alternatif menggunakan pelarut dengan pelarut lemah untuk mengurangi interaksi antara pelarut dan ion Li. Solusi ini memungkinkan penyisipan ion Li secara selektif ke dalam bahan aktif, memastikan pasokan Li tambahan yang stabil ke elektroda komposit grafit-SiOx.
Konsumsi Li awal benar-benar dicegah setelah elektroda grafit-SiOx direndam dalam larutan yang dikembangkan oleh tim peneliti selama kurang lebih 1 menit, bahkan pada rasio 50% SiOx. Akibatnya, elektroda menunjukkan efisiensi awal yang tinggi hampir 100%, menunjukkan kehilangan Li yang dapat diabaikan (≤ 1%) pada muatan awal. Elektroda yang dikembangkan melalui proses ini memiliki kapasitas 2.6 kali lebih tinggi daripada anoda grafit konvensional, sementara juga mempertahankan 87.3% dari kapasitas awal setelah 250 siklus pengisian/pengosongan.
Menurut Dr. Minah Lee dari KIST, “Sebagai hasil dari penelitian ini, kami harus dapat meningkatkan kandungan SiOx dalam anoda komposit grafit-SiOx hingga lebih dari 50%, dibandingkan dengan rasio 15% yang diizinkan oleh bahan konvensional, membuat memungkinkan untuk memproduksi baterai lithium ion dengan kapasitas lebih besar dan meningkatkan jarak tempuh kendaraan listrik masa depan.”
Dr. Jihyun Hong, salah satu peneliti di KIST, menambahkan, “Teknologi ini aman dan cocok untuk produksi massal, dan oleh karena itu kemungkinan besar akan dikomersialkan.”