Inovasi Baterai Kendaraan Elektrik yang Mengisi Daya Tiga Menit dan Lebih Tahan Lama

Berita Baru, Amerika Serikat – Inovasi baterai baru canggih untuk kendaraan listrik (EV) yang mengisi daya hanya dalam tiga menit dan bertahan selama 20 tahun akan segera hadir di mobil baru.

Dilansir dari Dailymail.co.uk pada 20 September, Adden Energy, sebuah perusahaan rintisan yang berbasis di Waltham, Massachusetts, telah diberikan lisensi dan pendanaan sebesar $5,15 juta (Rp. 77 Miliar) untuk membangun desain baterai dalam skala besar agar sesuai dengan EV.

Baterai, yang dikembangkan oleh para ilmuwan Harvard, adalah logam lithium, bukan ion lithium yang ditemukan di EV yang sudah ada di pasaran.

Desainnya yang rumit, terinspirasi oleh sandwich BLT, mencegah pertumbuhan ‘dendrit’ bermasalah yang tumbuh dalam baterai lithium-metal dan memperpendek masa pakainya.

Saat ini, EV mengandung baterai lithium-ion yang menurun seiring waktu dan bertahan hingga tujuh atau delapan tahun, tergantung pada seberapa banyak mereka digunakan, ini seperti baterai smartphone.

Baterai lithium-ion ini dapat diganti, tetapi harganya bisa ribuan dollar, yang berarti pengemudi seringkali lebih baik membeli kendaraan EV yang sama sekali baru.

Tetapi baterai lithium-metal solid-state baru ini dapat meningkatkan masa pakai EV hingga sebanding dengan mobil bensin dan diesel, yaitu hingga 20 tahun tanpa perlu mengganti baterai selama waktu tersebut.

Di lab, prototipe baterai tim telah mencapai tingkat pengisian baterai secepat tiga menit dengan lebih dari 10.000 siklus seumur hidup.

Teknologi baru telah dibuat oleh Xin Li dan rekan-rekannya di Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS).

Adden Energy didirikan bersama pada tahun 2021 oleh Li, bersama dengan William Fitzhugh dan Luhan Ye, keduanya berkontribusi pada pengembangan teknologi sebagai mahasiswa pascasarjana di lab Harvard Li.

Startup ini bertujuan untuk meningkatkan skala baterai hingga ‘sel kantong’ seukuran telapak tangan – yang memiliki komponen tertutup dalam film berlapis aluminium, dan kemudian menuju baterai kendaraan skala penuh dalam tiga hingga lima tahun ke depan.

“Kami telah mencapai 5.000 hingga 10.000 siklus pengisian daya di lab dalam masa pakai baterai, dibandingkan dengan 2.000 hingga 3.000 siklus pengisian bahkan untuk yang terbaik di kelasnya sekarang, dan kami tidak melihat batasan mendasar untuk meningkatkan teknologi baterai kami,” kata Li. ‘Itu bisa menjadi pengubah permainan.’

Baterai lithium-logam menyimpan lebih banyak energi secara substansial dalam volume dan pengisian yang sama dalam waktu yang lebih singkat dibandingkan dengan baterai lithium-ion tradisional.

Tapi mereka rentan terhadap pembentukan ‘dendrit’, struktur kecil seperti pohon kaku yang mempercepat kegagalan baterai.

Oleh karena itu, para peneliti mencoba memanfaatkan potensi baterai lithium-logam solid-state, menggunakan desain unik yang terinspirasi dari BLT.

Baterai lithium-logam menggunakan lithium dalam bentuk logam murni, bukan senyawa lithium yang digunakan dalam baterai lithium-ion.

Sementara itu, ‘keadaan padat’ hanya mengacu pada penggunaan elektroda padat dan elektrolit padat, bukan elektrolit cair atau gel polimer yang ditemukan dalam lithium-ion.

“Jika Anda ingin meningkatkan kendaraan, baterai solid-state adalah cara yang tepat,” kata Li, yang merupakan penasihat ilmiah untuk Adden Energy.

“Kami mulai mengkomersialkan teknologi ini karena kami melihat teknologi kami unik dibandingkan dengan baterai solid-state lainnya.”

Baterai memiliki tiga komponen utama, yaitu anoda, katoda dan elektrolit.

Elektrolit (biasanya bahan kimia) memisahkan anoda dan katoda dan memindahkan aliran muatan listrik di antara keduanya.

Baterai lithium-ion memindahkan ion lithium dari katoda ke anoda selama pengisian.

Tetapi ketika anoda terbuat dari logam lithium, struktur seperti jarum yang disebut dendrit terbentuk di permukaan.

Struktur ini tumbuh seperti akar ke dalam elektrolit dan menembus penghalang yang memisahkan anoda dan katoda, menyebabkan baterai berpotensi terbakar.

Untuk mengatasi tantangan ini, Li dan timnya merancang baterai multi-lapisan yang mengapit bahan yang berbeda dari berbagai stabilitas antara anoda dan katoda.

Seperti yang dijelaskan sebelumnya di Nature, desainnya mencegah penetrasi dendrit lithium dengan mengontrol dan menahannya.

Baterai berlapis seperti itu, dianalogikan pertama seperti roti (anoda logam lithium) diikuti oleh selada (lapisan grafit).

Selanjutnya, lapisan tomat (elektrolit pertama) dan lapisan daging asap (elektrolit kedua) dan terakhir lapisan tomat dan potongan roti terakhir (katoda).

Elektrolit pertama lebih stabil dengan litium tetapi rentan terhadap penetrasi dendrit, sedangkan elektrolit kedua kurang stabil dengan litium tetapi tampaknya kebal terhadap dendrit.

Dalam desain ini, dendrit dibiarkan tumbuh melalui grafit dan elektrolit pertama tetapi dihentikan ketika mencapai yang kedua.

Dengan kata lain, dendrit tumbuh melalui selada dan tomat tetapi berhenti di daging bacon. Penghalang bacon menghentikan dendrit dari mendorong dan menghubungkan arus pendek baterai.

Baterainya juga dapat menyembuhkan diri sendiri, artinya bahan kimianya memungkinkannya untuk mengisi kembali lubang yang dibuat oleh dendrit.

“Biasanya, anoda lithium-logam dalam desain solid-state lainnya mengembangkan dendrit, pertumbuhan seperti ranting yang dapat secara bertahap menembus elektrolit ke katoda,” kata Ye, yang sekarang menjadi CTO Adden Energy.

“Kami mengalahkan pertumbuhan dendrit sebelum mereka dapat menyebabkan kerusakan, dengan desain struktural dan material yang baru.”

“Akibatnya, perangkat dapat mempertahankan kinerja tinggi selama masa pakai yang lama. Studi terbaru kami menunjukkan bahwa fitur bagus ini juga dapat dipertahankan pada peningkatan skala.”

Para peneliti juga menekankan pentingnya dapat membantu mempercepat adopsi EV ramah lingkungan mengingat krisis iklim.

EV umumnya dipandang lebih ramah lingkungan daripada kendaraan bertenaga bensin, yang dikenal karena emisi pemanasan planetnya.

“Elektrifikasi lengkap armada kendaraan adalah salah satu langkah paling berarti yang dapat kita ambil untuk memerangi perubahan iklim,” kata Fitzhugh, CEO Adden Energy.