Peneliti China Kembangkan Baterai Solid-State yang Bisa Bernafas
- Baterai all-solid-state mengatasi masalah ekspansi volume silikon
- Arsitektur kawat nano sebagai katup pernapasan internal
- Ketahanan mekanis luar biasa dan potensi masa depan
Tim peneliti gabungan dari Universitas Ningbo dan beberapa lembaga teknologi di China baru saja mengumumkan penemuan revolusioner dalam teknologi baterai all-solid-state. Mereka berhasil mengembangkan material anode kawat nano silikon dengan struktur tiga dimensi yang memiliki kemampuan unik untuk "bernapas" guna mengatasi kelemahan utama pada baterai masa depan.
Inovasi yang terinspirasi dari mekanisme pernapasan alami ini dipublikasikan dalam jurnal internasional Energy Storage Materials. Penemuan ini digadang-gadang sebagai solusi atas masalah ekspansi volume silikon yang selama ini menjadi penghambat utama dalam menciptakan baterai dengan kepadatan energi tinggi namun tetap aman dan tahan lama.
1. Mengatasi masalah ekspansi volume raksasa pada silikon
Baterai all-solid-state dianggap sebagai "tujuan akhir" dari teknologi baterai karena keamanannya yang tinggi dan kepadatan energinya yang luar biasa. Dalam sistem ini, silikon menjadi kandidat material anode terbaik karena kapasitas teoretisnya mencapai sepuluh kali lipat dibandingkan grafit komersial. Namun, silikon memiliki "sifat" yang sangat tidak stabil; volumenya akan membengkak hingga tiga kali lipat saat proses pengisian daya berlangsung.
Profesor Chen Wanghua menggambarkan silikon sebagai "pengangkut super" yang memiliki potensi penyimpanan besar namun berisiko meledak seperti balon jika terus dipompa. Pemuaian yang berulang-ulang menyebabkan tekanan mekanis yang hebat, sehingga antarmuka baterai terlepas dan kinerjanya merosot tajam. Fenomena inilah yang sering kali membuat usia pakai baterai berbasis silikon menjadi sangat pendek atau mati mendadak.
2. Arsitektur kawat nano sebagai katup pernapasan internal
Untuk menjinakkan sifat buruk silikon, tim peneliti menggunakan teknologi Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) untuk menciptakan arsitektur silikon kolom tiga dimensi. Alih-alih menggunakan bubuk silikon tradisional, mereka membuat silikon "berdiri" tegak menyerupai pepohonan di hutan yang saling terjalin pada kolektor arus. Struktur ini menciptakan jaringan kawat nano yang memiliki ruang kosong melimpah di antara serat-seratnya.
Ruang kosong tersebut berfungsi sebagai "katup pernapasan" di dalam baterai. Saat ion lithium masuk dan menyebabkan silikon memuai, kawat nano tersebut dapat mengembang ke ruang kosong yang telah disediakan tanpa menekan atau merusak elektrolit padat di sekitarnya. Inovasi arsitektur ini memungkinkan silikon untuk bergerak secara bebas namun tetap terikat dalam lingkungan padat yang kaku, sehingga integritas mekanis baterai tetap terjaga selama ratusan siklus pemakaian.
3. Ketahanan mekanis luar biasa dan potensi masa depan
Hasil eksperimen menunjukkan bahwa anode silikon kolumnar ini tidak hanya unggul secara elektrokimia, tetapi juga sangat tangguh secara fisik. Dalam pengujian yang ekstrem, baterai yang dikembangkan terbukti mampu terus menyuplai daya meskipun dalam kondisi ditekuk atau bahkan dipotong menggunakan gunting. Keandalan mekanis ini membuktikan tingkat keamanan yang jauh lebih tinggi dibandingkan baterai lithium-ion cair konvensional yang berisiko terbakar jika mengalami kerusakan fisik.
Penelitian ini menetapkan paradigma baru dalam menyatukan kinetika transportasi ion dengan integritas struktur melalui desain arsitektur material. Terobosan ini menyediakan jalur teknis yang praktis untuk pengembangan baterai all-solid-state berbasis silikon yang berenergi tinggi dan berumur panjang. Dengan semakin dekatnya teknologi ini ke tahap produksi massal, masa depan kendaraan listrik dengan jarak tempuh yang jauh lebih jauh dan pengisian daya yang lebih aman kini bukan lagi sekadar impian.
