Jalur reaksi asimetris adalah kunci.
Tim peneliti yang terdiri dari para ilmuwan dari National Institute for Materials Science (NIMS) dan SoftBank Corp. telah menemukan bahwa dalam bahan katoda baterai isi ulang bernama Li2RuO3, yang memiliki kepadatan energi tinggi, terjadi sebuah fenomena yang disebut “histeresis tegangan.” Histeresis tegangan adalah ketika tegangan yang dibutuhkan untuk mengisi baterai (pengisian) jauh lebih tinggi daripada tegangan yang dihasilkan saat baterai tersebut digunakan (pengosongan). Ini adalah masalah serius bagi baterai ion litium (Li), karena dapat mengurangi efisiensi penggunaan baterai.
Penelitian ini mengungkapkan bahwa histeresis tegangan dalam Li2RuO3 disebabkan oleh perbedaan dalam fase kristal yang terbentuk selama proses pengisian dan pengosongan. Ini berarti bahwa bahan tersebut mengalami perubahan dalam struktur kristalnya saat baterai diisi dan dikosongkan. Yang menarik, temuan ini menunjukkan bahwa perubahan tersebut adalah reversible, artinya bahan kembali ke struktur kristal awalnya setelah baterai dikosongkan. Namun, meskipun perubahan ini bisa dibalikkan, histeresis tegangan tetap terjadi, yang bertentangan dengan apa yang diprediksi oleh teori konvensional.
Material elektroda kaya Li memiliki kapasitas penyimpanan ion Li yang besar dan dapat meningkatkan kapasitas energi baterai secara signifikan. Namun, baterai ini sering mengalami masalah histeresis tegangan yang mengurangi efisiensi energi pengisian/pengosongan mereka. Sebelumnya, dipercayai bahwa histeresis tegangan disebabkan oleh perubahan ireversibel dalam struktur kristal selama pengisian dan pengosongan. Namun, penelitian ini menunjukkan bahwa sebenarnya, histeresis tegangan disebabkan oleh perbedaan dalam jalur reaksi kimia yang terjadi selama proses tersebut.
Dengan temuan ini, tim peneliti berencana untuk mengembangkan pendekatan baru dalam pengembangan bahan elektroda kaya Li. Mereka akan memperhatikan jalur reaksi kimia yang terjadi selama siklus pengisian dan pengosongan baterai, selain mengukur histeresis tegangan. Diharapkan pendekatan ini dapat membantu mempercepat pengembangan bahan elektroda yang memiliki kapasitas tinggi dan efisiensi pengisian/pengosongan yang baik.
Penelitian ini dipimpin oleh para ilmuwan dari NIMS-SoftBank Advanced Technologies Development Center dan hasilnya telah dipublikasikan dalam jurnal online Energy Storage Materials pada 6 November 2023.
Referensi :
[1] https://www.nims.go.jp/eng/news/press/2023/12/202312150.html diakses pada 25 Februari 2024
[2] Marcela Calpa, Kei Kubota, Emiko Mizuki, Manai Ono, Shoichi Matsuda, Kazunori Takada. Voltage hysteresis hidden in an asymmetric reaction pathway. Science DIrect, 2023; 63 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103051
