Serat Separator Baru Tingkatkan Performa Baterai Logam Lithium, Kapasitas Naik 42%

Sebuah separator berbasis selulosa baru yang dipadukan dengan bikita mampu membantu baterai logam lithium menghadapi siklus cepat sekaligus meningkatkan performa katoda nikel tinggi NCM90. Para peneliti dari Korea Selatan menemukan bahwa separator ini dapat meningkatkan kapasitas baterai pada laju discharge tinggi dan secara efektif mencegah terbentuknya dendrit pada anoda logam lithium. Separator bernama CBT ini memanfaatkan struktur selulosa berpori yang dikombinasikan dengan bikita, sebuah mineral zeolit. Keduanya bersama-sama menciptakan jalur yang memungkinkan ion lithium bergerak lebih merata di dalam baterai. Hal ini penting bagi baterai logam lithium karena menawarkan kepadatan energi lebih tinggi dibanding baterai lithium-ion konvensional, namun tetap kesulitan beroperasi pada laju discharge tinggi.

Deposisi lithium yang tidak merata dapat memicu terbentuknya dendrit, sementara degradasi elektrolit menurunkan performa dan meningkatkan risiko korsleting.

Peningkatan Performa Separator CBT

Tim peneliti yang dipimpin Profesor Seo-woo Liu dari Hankyong National University menemukan bahwa separator yang disempurnakan ini juga mengatasi masalah pada sisi katoda, di mana laju discharge tinggi dapat menyebabkan penurunan kapasitas yang tersedia secara drastis. Separator CBT mencapai konduktivitas ion sebesar 3.45 × 10⁻³ S cm⁻¹ dengan angka transpor ion lithium sebesar 0.742. Para peneliti mengaitkan karakteristik tersebut dengan transportasi ion yang lebih cepat dan lebih merata, sehingga mengurangi polarisasi dalam kondisi pengisian dan pengosongan yang berat. Pada laju discharge 1C, baterai dengan separator CBT maupun separator polietilen konvensional sama-sama mampu menyediakan kapasitas sekitar 197 mAh g⁻¹.

Namun, pada laju discharge yang lebih tinggi, kesenjangan di antara keduanya melebar. Pada laju discharge 2C, separator CBT menyediakan 187 mAh g⁻¹, sedangkan separator konvensional hanya 165 mAh g⁻¹. Pada laju discharge 4C, katoda NCM90 dengan separator CBT mencapai 163 mAh g⁻¹, sedangkan separator konvensional hanya menghasilkan 115 mAh g⁻¹. Hal ini menunjukkan peningkatan sekitar 42%, yang memperlihatkan bahwa separator tidak hanya memengaruhi stabilitas anoda tetapi juga dapat meningkatkan performa katoda.

Potensi Separator yang Disempurnakan

Profesor Liu menyatakan: "Hasil kami menunjukkan bahwa peningkatan performa baterai tidak hanya bergantung pada material katoda dan anoda baru, tetapi juga dapat dicapai melalui rekayasa separator. Sangat menarik bahwa efek separator yang disempurnakan ini meluas hingga ke anoda logam lithium dan secara signifikan meningkatkan performa discharge tinggi katoda NCM90." Separator ini juga membantu mengendalikan deposisi lithium. Pengamatan secara real-time menunjukkan bahwa pada baterai dengan separator CBT, tidak ada pertumbuhan dendrit yang terlihat. Sebaliknya, lithium membentuk lapisan deposisi yang lebih halus dan padat, serta dihilangkan lebih merata selama proses pelepasan. Baterai-baterai ini mempertahankan sekitar 60% kapasitas setelah 2500 siklus pada 2C/4C.

Sementara itu, setelah 150 siklus pada suhu -25 °C (-13°F), separator tetap mempertahankan sekitar 68.9% kapasitas, dan stabil pada suhu 200 °C (392°F).

Pendekatan ini menghindari kebutuhan untuk mendesain ulang elektrode dan berpotensi dapat diadaptasi ke lini produksi baterai yang sudah ada. Namun, metode ini masih perlu diuji pada baterai komersial berbentuk pouch dan silinder. Profesor Liu menekankan: "Separator fungsional tidak boleh hanya dipandang sebagai barrier yang memisahkan dua elektrode, atau hanya digunakan untuk melindungi anoda logam lithium. Dengan mengendalikan transportasi ion di dalam baterai, separator berpotensi menjadi elemen desain penting untuk mewujudkan baterai generasi berikutnya yang memiliki kepadatan energi tinggi sekaligus performa discharge tinggi." Penelitian tersebut telah dipublikasikan di jurnal Advanced Functional Materials.