Bahan Karet Memegang Kunci Baterai EV yang Tahan Lama dan Lebih Aman

Untuk kendaraan elektrik (EV) untuk menjadi arus utama, mereka membutuhkan baterai yang hemat biaya, lebih aman, dan tahan lama yang tidak akan meledak saat digunakan atau merusak lingkungan. Para peneliti di Institut Teknologi Georgia mungkin telah menemukan alternatif yang menjanjikan untuk baterai lithium-ion konvensional yang terbuat dari bahan umum: karet.

Elastomer, atau karet sintetis, banyak digunakan dalam produk konsumen dan teknologi canggih seperti elektronik yang dapat dipakai dan robotika lunak karena sifat mekaniknya yang unggul. Para peneliti menemukan bahwa bahan tersebut, ketika diformulasikan ke dalam struktur 3D, bertindak sebagai jalan raya super untuk pengangkutan ion lithium yang cepat dengan ketangguhan mekanis yang unggul, menghasilkan pengisian baterai yang lebih lama yang dapat berjalan lebih jauh. Penelitian yang dilakukan bekerja sama dengan Korea Advanced Institute of Science and Technology ini diterbitkan dalam jurnal Alam.

Dalam baterai lithium-ion konvensional, ion digerakkan oleh elektrolit cair. Namun, baterai pada dasarnya tidak stabil: kerusakan sekecil apa pun dapat bocor ke elektrolit, yang menyebabkan ledakan atau kebakaran. Masalah keamanan telah memaksa industri untuk melihat baterai solid-state, yang dapat dibuat menggunakan bahan keramik anorganik atau polimer organik.

“Sebagian besar industri berfokus pada pembuatan elektrolit solid-state anorganik. Tapi mereka sulit dibuat, mahal dan tidak ramah lingkungan,” kata Seung Woo Lee, associate professor di Sekolah Teknik Mesin George W. Woodruff, yang merupakan bagian dari tim peneliti yang telah menemukan polimer organik berbasis karet yang lebih unggul dari bahan lainnya. Elektrolit polimer padat terus menarik minat besar karena biaya pembuatannya yang rendah, tidak beracun, dan sifatnya yang lunak. Namun, elektrolit polimer konvensional tidak memiliki konduktivitas ionik dan stabilitas mekanis yang memadai untuk pengoperasian baterai solid-state yang andal.

Desain 3D Baru Mengarah pada Lompatan Kepadatan Energi, Kinerja

Insinyur Georgia Tech telah memecahkan masalah umum (transportasi lithium-ion yang lambat dan sifat mekanik yang buruk) menggunakan elektrolit karet. Terobosan kuncinya adalah memungkinkan material untuk membentuk fase kristal plastik tiga dimensi (3D) yang saling berhubungan dalam matriks karet yang kuat. Struktur unik ini menghasilkan konduktivitas ionik yang tinggi, sifat mekanik yang unggul, dan stabilitas elektrokimia.

Elektrolit karet ini dapat dibuat menggunakan proses polimerisasi sederhana pada kondisi suhu rendah, menghasilkan antarmuka yang kuat dan halus pada permukaan elektroda. Karakteristik unik dari elektrolit karet ini mencegah pertumbuhan dendrit lithium dan memungkinkan ion bergerak lebih cepat, memungkinkan pengoperasian baterai solid-state yang andal bahkan pada suhu kamar.

“Karet telah digunakan di mana-mana karena sifat mekaniknya yang tinggi, dan ini akan memungkinkan kami membuat baterai yang murah, lebih andal, dan lebih aman,” kata Lee.

“Konduktivitas ionik yang lebih tinggi berarti Anda dapat memindahkan lebih banyak ion pada saat yang sama,” kata Michael Lee, seorang peneliti lulusan teknik mesin. “Dengan meningkatkan energi spesifik dan kepadatan energi baterai ini, Anda dapat meningkatkan jarak tempuh EV.”

Para peneliti sekarang mencari cara untuk meningkatkan kinerja baterai dengan meningkatkan waktu siklus dan mengurangi waktu pengisian melalui konduktivitas ionik yang lebih baik. Sejauh ini, upaya mereka telah melihat peningkatan dua kali dalam kinerja baterai / waktu siklus.

Pekerjaan itu dapat meningkatkan reputasi Georgia sebagai pusat inovasi EV. SK Innovation, sebuah perusahaan energi dan petrokimia global, mendanai penelitian tambahan dari bahan elektrolit sebagai bagian dari kolaborasi berkelanjutan dengan Institut untuk membangun baterai solid-state generasi berikutnya yang lebih aman dan lebih padat energi daripada baterai LI-ion konvensional. SK Inovasi baru-baru ini mengumumkan pembangunan pabrik baterai EV baru di Commerce, Georgia, diharapkan menghasilkan volume tahunan baterai lithium-ion sebesar 21,5 Gigawatt-jam pada tahun 2023.

“Baterai all-solid-state dapat secara dramatis meningkatkan jarak tempuh dan keamanan kendaraan listrik. Perusahaan baterai yang berkembang pesat, termasuk SK Innovation, percaya bahwa komersialisasi baterai solid-state akan menjadi pengubah permainan di pasar kendaraan listrik,” kata Kyounghwan Choi, direktur pusat penelitian baterai generasi mendatang SK Innovation. “Melalui proyek yang sedang berlangsung bekerja sama dengan SK Innovation dan Profesor Seung Woo Lee dari Georgia Tech, ada harapan tinggi untuk aplikasi dan komersialisasi baterai solid-state yang cepat.”

Sumber: Georgia Tech