Alasan Mengapa Baterai Tidak dapat Diisi dalam Hitungan Menit

Baterai tahan lama yang dapat di isi dalam hitungan menit, mungkin menjadi visi-misi para ilmuan hari ini dan kedepan, mengingat era tesla sepertinya akan menjadi revolusi teknologi utama, khususnya di bidang transportasi. 

Akan tetapi tidak semudah yang dipikirkan ada banyak alasan mengapa batrai tidak bisa di isi dalam hitungan menit, baru-baru ini sebuah studi mengidentifikasi alasan yang menyebabkan kinerja baterai lithium-ion yang diisi daya cepat menurun pada kendaraan listrik.

Penelitian dari Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS (DOE), para ilmuwan menemukan perilaku kimia yang menarik dari salah satu dari dua terminal baterai saat baterai diisi dan dikosongkan.

Baterai lithium-ion mengandung katoda bermuatan positif dan anoda bermuatan negatif, yang dipisahkan oleh bahan yang disebut elektrolit yang menggerakkan ion lithium di antara keduanya. Anoda dalam baterai ini biasanya terbuat dari grafit, bahan yang sama ditemukan di banyak pensil. Dalam baterai lithium-ion, bagaimanapun, grafit dirakit dari partikel kecil. Di dalam partikel-partikel ini, ion lithium dapat menyisipkan diri dalam proses yang disebut interkalasi. Ketika interkalasi terjadi dengan benar, baterai berhasil diisi dan dikosongkan.

Interkalasi adalah penyisipan molekul atau ion kimia secara reversibel (Bolak Balik) dalam Bahan Berlapis

Namun, ketika baterai diisi terlalu cepat, interkalasi menjadi urusan yang lebih rumit. Alih-alih masuk ke grafit dengan mulus, ion litium cenderung berkumpul di atas permukaan anoda, menghasilkan efek “pelapisan” yang dapat menyebabkan kerusakan terminal.

“Pelapisan adalah salah satu penyebab utama kinerja baterai terganggu selama pengisian cepat,” kata ilmuwan baterai Argonne Daniel Abraham, penulis studi. “Saat kami mengisi baterai dengan cepat, kami menemukan bahwa selain pelapisan pada permukaan anoda, ada penumpukan produk reaksi di dalam pori-pori elektroda.” Akibatnya, anoda itu sendiri mengalami beberapa tingkat ekspansi ireversibel, mengganggu kinerja baterai.

Menggunakan teknik yang disebut pemindaian nanodifraksi elektron, Abraham dan rekan-rekannya dari University of Illinois Urbana-Champaign mengamati perubahan penting lainnya pada partikel grafit. Pada tingkat atom, kisi atom grafit di tepi partikel menjadi terdistorsi karena pengisian cepat berulang, menghambat proses interkalasi. “Pada dasarnya, apa yang kita lihat adalah melengkungnya jaringan atom di grafit, yang mencegah ion lithium menemukan tempat mereka di dalam partikel dan sebaliknya, mereka menempel pada partikel,” katanya.

Kesimpulannya, Semakin cepat baterai diisi, anoda menjadi tidak teratur, yang pada akhirnya mencegah ion lithium untuk dapat bergerak reversibel (maju mundur). Sumbangan pemikiran dalam penelitian ini adalah menemukan cara untuk mencegah hilangnya fungsi kombinasi interkalasi atau entah bagaimana memodifikasi partikel grafit sehingga ion lithium dapat berinterkalasi lebih efisien.”