Inovasi baru: baterai solid-state natrium bebas anoda pertama di dunia

Tim peneliti telah menggabungkan teknologi baterai terbaik untuk menciptakan baterai solid-state natrium bebas anoda pertama di dunia. Desain tim menggunakan elektrolit padat yang stabil dan tekanan untuk membentuk logam natrium padat. Kolektor arus aluminium memastikan pelapisan dan pengupasan natrium yang efisien dan berulang pada kapasitas dan kecepatan tinggi.

Dilansir dari Interesting Engineering (23/7), baterai jenis baru ini akan lebih murah dan tidak berbahaya bagi lingkungan karena anodanya akan dihilangkan, dan natrium, yang murah dan berlimpah, akan digunakan sebagai pengganti litium.

“Meskipun sebelumnya sudah ada baterai natrium, solid-state, dan tanpa anoda, hingga saat ini belum ada yang berhasil menggabungkan ketiga ide ini,” kata Grayson Deysher, Ph.D. kandidat di UC San Diego dan penulis pertama studi tersebut, dalam sebuah pernyataan.

Menurut tim, inovasi ini dapat membantu menciptakan baterai yang murah, dapat diisi dengan cepat, dan berkapasitas tinggi untuk kendaraan listrik (EV) dan penyimpanan jaringan listrik.

Inovasi baterai bebas anoda

Dibandingkan dengan natrium, yang menyusun 20.000 bagian per juta kerak bumi, litium hanya berjumlah sekitar 20 bagian per juta kerak bumi. Meningkatnya kekurangan baterai lithium-ion untuk komputer, telepon, dan kendaraan listrik telah menyebabkan kenaikan tajam pada harga baterai, sehingga membuatnya semakin tidak terjangkau.

Sodium lebih melimpah di lingkungan dan sering ditemukan di air laut dan pertambangan soda ash. Agar ide tersebut terlaksana, kelompok tersebut harus mengembangkan arsitektur baterai natrium baru untuk menghasilkan baterai natrium dengan kepadatan energi baterai litium.

Pada baterai konvensional, ion-ion disimpan di anoda selama proses pengisian. Saat baterai beroperasi, ion berpindah dari anoda ke katoda, atau kolektor arus, melalui elektrolit, yang memberi daya pada mobil dan perangkat lain dalam prosesnya.

Menurut para peneliti, baterai bebas anoda menghilangkan anoda dan menyimpan logam alkali langsung ke kolektor arus, menyimpan ion di sana melalui cara elektrokimia. Meskipun memiliki kelemahan, metode ini menawarkan kepadatan energi yang lebih besar, biaya sel yang lebih rendah, dan tegangan sel yang lebih tinggi.

“Dalam baterai bebas anoda, harus ada kontak yang baik antara elektrolit dan kolektor arus. Hal ini biasanya sangat mudah dilakukan jika menggunakan cairan elektrolit, karena cairan dapat mengalir ke mana-mana dan membasahi setiap permukaan. Elektrolit padat tidak bisa melakukan ini,” kata Deysher.

Elektrolit cair menyebabkan penumpukan yang disebut interfase elektrolit padat, yang terus-menerus mengonsumsi bahan aktif dan mengurangi kegunaan baterai seiring waktu.

Desain baterai natrium yang inovatif

Tim tersebut merancang solusi inovatif dengan menciptakan kolektor arus yang mengelilingi elektrolit, bukan pendekatan biasa. Mereka menggunakan bubuk aluminium, yang dapat mengalir seperti cairan, untuk membuat kolektor arus. Selama perakitan baterai, bubuk ini dikompresi di bawah tekanan tinggi untuk membentuk kolektor arus padat sambil mempertahankan kontak seperti cairan dengan elektrolit.

Menurut para peneliti, metode ini memungkinkan bersepeda berbiaya rendah dan berefisiensi tinggi, sehingga memajukan teknologi yang mengubah permainan ini.

“Baterai solid-state natrium biasanya dilihat sebagai teknologi yang masih jauh dari masa depan, namun kami berharap makalah ini dapat mendorong lebih banyak dorongan ke bidang natrium dengan menunjukkan bahwa baterai tersebut memang dapat bekerja dengan baik, bahkan lebih baik daripada baterai litium dalam beberapa kasus,” kata Deysher.