Dalam kehidupan modern, baterai lithium ion telah menjadi tulang punggung bagi berbagai perangkat penting. Mulai dari telepon genggam, laptop, kendaraan listrik, hingga sistem penyimpanan energi di pembangkit surya dan angin. Hampir semua teknologi mobilitas dan energi masa depan mengandalkan baterai jenis ini. Dengan semakin besarnya kebutuhan energi dan meningkatnya tuntutan terhadap perangkat yang lebih kecil namun bertenaga lebih besar, para ilmuwan terus mencari cara agar baterai lithium ion bisa menyimpan energi lebih banyak, lebih aman, dan lebih tahan lama.
Salah satu jalur penelitian yang paling menjanjikan adalah pengembangan bahan khusus yang dapat meningkatkan kapasitas energi baterai. Di antara kandidat tersebut terdapat sebuah material bernama Li5FeO4. Material ini digolongkan sebagai aditif prelithiasi, yaitu bahan tambahan yang berfungsi meningkatkan jumlah lithium aktif dalam elektroda positif sehingga baterai dapat menyimpan energi lebih banyak. Namun potensinya untuk dikomersialisasikan menghadapi satu masalah utama. Li5FeO4 sangat mudah rusak ketika terkena udara biasa. Berinteraksi dengan kelembaban dan oksigen di udara membuatnya cepat mengalami degradasi sehingga tidak stabil untuk digunakan dalam produksi skala besar.
Baca juga artikel tentang: Nyquist Sampling Rate: Fondasi Pengolahan Sinyal Digital
Masalah inilah yang coba dipecahkan oleh sekelompok peneliti dalam sebuah studi terbaru yang diterbitkan di Nature Communications tahun 2025. Para peneliti menemukan bahwa sebuah lapisan karbon tipis dapat melindungi Li5FeO4 dari kerusakan akibat paparan udara. Temuan ini tidak hanya menyelesaikan tantangan besar terkait stabilitas, tetapi juga membawa potensi besar bagi pengembangan baterai lithium ion generasi berikutnya.
Untuk memahami signifikansi penelitian ini, perlu diketahui bahwa Li5FeO4 memiliki kapasitas teoritis yang sangat tinggi. Artinya material ini dapat menyimpan banyak lithium, lebih banyak dibandingkan banyak bahan elektroda positif lainnya. Namun kapasitas tinggi ini tidak ada artinya jika material tersebut tidak stabil atau rusak sebelum sempat digunakan. Bahan aktif yang mudah terdegradasi sama saja seperti memiliki bahan bakar berkualitas tinggi tetapi tidak dapat disimpan tanpa menguap atau rusak.
Disinilah lapisan karbon memainkan peran penting. Para peneliti memanfaatkan jenis pitch, sejenis bahan berkarbon yang dapat mengalami pemanasan dan menghasilkan lapisan karbon kompak. Proses pelapisan ini membuat butiran Li5FeO4 diselimuti oleh lapisan karbon yang sangat tipis tetapi rapat, mirip seperti jas hujan transparan yang melindungi seseorang dari basah ketika hujan.
Setelah proses ini dilakukan, peneliti kemudian menguji apakah material tersebut benar benar menjadi lebih tahan terhadap udara. Hasilnya mengejutkan. Li5FeO4 berlapis karbon mampu mempertahankan kapasitas spesifik sebesar 743,4 mAh per gram setelah 72 jam terpapar udara dengan kelembaban relatif 20 persen. Angka ini setara dengan mempertahankan lebih dari 92 persen kapasitas awalnya. Tanpa lapisan karbon, Li5FeO4 rusak hanya dalam empat jam dan kehilangan hampir seluruh fungsi elektrokimianya.
Temuan ini menunjukkan bahwa lapisan karbon tidak sekadar memberikan perlindungan pasif dari udara. Lapisan tersebut juga meningkatkan kinerja material. Selain lebih stabil, Li5FeO4 berlapis karbon menunjukkan peningkatan dalam kemampuan pengisian cepat dan stabilitas siklus. Stabilitas siklus merupakan parameter penting yang menunjukkan seberapa lama baterai dapat digunakan sebelum kapasitasnya menurun secara signifikan. Dengan kata lain, pelapisan karbon bukan hanya membuat material bertahan terhadap udara, tetapi juga membuat baterai berumur lebih panjang.
Untuk memastikan kepraktisan teknologi ini, para peneliti melakukan uji coba pada baterai tipe pouch, yakni bentuk baterai pipih yang umum digunakan pada perangkat elektronik modern. Mereka membandingkan dua versi baterai, satu dengan aditif Li5FeO4 berlapis karbon dan satu lagi tanpa aditif tersebut. Hasilnya sangat mengesankan. Baterai dengan Li5FeO4 berlapis karbon menunjukkan peningkatan energi sebesar 13,7 persen dibandingkan yang tidak menggunakan aditif. Angka ini cukup besar bagi industri baterai yang selama bertahun tahun hanya dapat meningkatkan energi secara bertahap.
Nilai tambah peningkatan energi ini sangat signifikan jika diterapkan pada perangkat nyata. Misalnya pada telepon genggam, peningkatan energi dapat membuat baterai bertahan beberapa jam lebih lama. Pada kendaraan listrik, tambahan 13,7 persen berarti jarak tempuh lebih jauh tanpa harus menambah ukuran baterai. Selain itu, dari perspektif industri, perkembangan ini berarti produsen dapat menciptakan baterai yang lebih padat energi tanpa perlu merombak total rantai produksi mereka.
Material aktif yang stabil terhadap udara juga membawa keuntungan besar dalam proses manufaktur. Bahan yang rapuh dan mudah rusak memerlukan lingkungan khusus yang terkontrol ketat, sehingga menambah biaya produksi. Ketika material seperti Li5FeO4 dapat bertahan di udara biasa selama berjam jam bahkan berhari hari tanpa rusak, proses produksi dapat dilakukan dengan jauh lebih efisien dan murah.
Penelitian ini juga membuka pintu untuk eksplorasi material prelithiasi lain yang memiliki potensi tinggi namun selama ini terkendala oleh ketidakstabilan terhadap udara. Strategi pelapisan karbon dapat menjadi pendekatan universal untuk mengatasi masalah tersebut.
Meskipun hasilnya menjanjikan, masih diperlukan penelitian lanjutan untuk memahami bagaimana lapisan karbon ini berinteraksi dengan komponen baterai lain dalam jangka panjang. Pertanyaan seperti apakah lapisan tersebut akan tetap stabil setelah ratusan siklus pengisian dan pengosongan, atau apakah ada kondisi ekstrem yang dapat merusaknya, masih harus dijawab melalui pengujian lebih lanjut.
Namun secara keseluruhan, hasil penelitian ini menunjukkan terobosan penting dalam pengembangan baterai lithium ion yang lebih bertenaga dan lebih tahan lama. Stabilitas udara yang meningkat, kapasitas tinggi yang terjaga, serta performa siklus yang membaik menjadikan Li5FeO4 berlapis karbon sebagai kandidat kuat untuk baterai masa depan.
Di tengah meningkatnya kebutuhan energi dan perlombaan global menuju teknologi yang lebih ramah lingkungan, inovasi seperti ini sangat krusial. Baterai yang lebih efisien tidak hanya memperpanjang usia perangkat elektronik, tetapi juga mendukung transisi menuju kendaraan listrik dan sistem penyimpanan energi berskala besar. Dalam jangka panjang, pengembangan material baterai yang lebih unggul dapat membawa dampak positif bagi lingkungan dan ekonomi global.
Dengan langkah maju yang dicapai dalam penelitian ini, dunia bergerak sedikit lebih dekat menuju baterai ideal yang bertenaga besar, stabil, aman, dan siap memenuhi kebutuhan teknologi masa depan.
Baca juga artikel tentang: Luaran Sensor: Apakah Arus atau Tegangan yang Lebih Baik?
REFERENSI:
Liu, Canshang dkk. 2025. Air-stable Li5FeO4 additive enabled by carbon coating for energy-dense lithium-ion batteries. Nature Communications 16 (1), 7694.
