Bucee Bytes

Terobosan dalam Teknologi Baterai

Dalam sebuah lompatan besar untuk teknologi penyimpanan energi, para peneliti dari Technical University of Munich (TUM) dan TUMint.Energy Research telah mengembangkan material revolusioner baru untuk baterai solid-state. Material inovatif ini memecahkan rekor konduktivitas ion yang ada, membuka jalan menuju baterai yang lebih aman, pengisian daya lebih cepat, dan efisiensi energi yang lebih tinggi.

Baterai solid-state secara luas dianggap sebagai masa depan penyimpanan energi. Berbeda dengan baterai lithium-ion konvensional yang menggunakan elektrolit cair yang mudah terbakar, baterai solid-state menggunakan material padat sehingga jauh lebih aman. Selain itu, baterai ini menjanjikan kepadatan energi yang lebih tinggi, masa pakai lebih lama, dan stabilitas termal yang lebih baik. Namun, salah satu tantangan utama dalam pengembangan teknologi ini adalah menemukan material yang memungkinkan ion litium bergerak cepat dan efisien di dalam baterai. Kini, tantangan tersebut mulai teratasi.

Material Baru: Senyawa Litium-Antimon-Skandium

Tim peneliti TUM yang dipimpin oleh Profesor Thomas F. Fässler telah berhasil merekayasa sebuah material baru yang terdiri dari litium, antimon, dan sedikit unsur skandium. Kombinasi ini terbukti menjadi game-changer dalam bidang konduktivitas ion.

Yang membuat material ini sangat luar biasa adalah kemampuannya yang memecahkan rekor dalam mentransportasikan ion litium. Pengujian menunjukkan bahwa material ini memungkinkan pergerakan ion lebih dari 30 persen lebih cepat dibandingkan semua material yang pernah diketahui sebelumnya. Peningkatan ini membuka jalan bagi waktu pengisian daya yang lebih cepat dan efisiensi baterai yang lebih tinggi — dua faktor penting untuk elektronik modern, kendaraan listrik, dan penyimpanan energi skala besar.

Rekayasa pada Tingkat Atom

Rahasia di balik performa luar biasa dari material ini terletak pada struktur kristalnya. Dengan menggantikan sebagian atom litium dengan atom skandium, para peneliti memicu transformasi struktural. Perubahan ini menciptakan kekosongan spesifik — celah kecil dalam kisi kristal — yang memungkinkan ion litium bergerak lebih bebas.

Kekosongan ini berfungsi seperti jalur cepat bagi pergerakan ion, secara drastis meningkatkan konduktivitas material. Hasilnya, ion litium dapat bermigrasi melalui struktur padat dengan kecepatan yang memecahkan rekor.

Profesor Fässler menjelaskan, “Kami menemukan bahwa dengan menggabungkan skandium ke dalam matriks litium-antimon, terjadi perubahan susunan atom yang menciptakan jalur ideal untuk transportasi ion. Inilah yang mengantar kami pada rekor dunia baru dalam konduktivitas ionik.”

Artikel Lainnya : Robot Mungil Ini Bisa Melompat 3 Meter – Tanpa Kaki

Mengatasi Tantangan dalam Pengukuran dan Validasi

Karena nilai konduktivitas yang sangat tinggi yang diamati, tim menyadari pentingnya validasi yang ketat. Untuk memastikan hasilnya, mereka bekerja sama dengan Ketua Elektro-Kimia Teknik di TUM, yang dipimpin oleh Profesor Hubert Gasteiger.

Tobias Kutsch, salah satu penulis dan ilmuwan utama dalam validasi, mencatat bahwa mengukur sifat material ini tidaklah mudah. “Karena ini juga menghantarkan listrik—bukan hanya ion—maka ini menimbulkan tantangan unik untuk metode pengujian tradisional kami. Kami harus berinovasi dan menyempurnakan pendekatan kami agar hasilnya akurat,” jelasnya.

Konduktivitas ganda (elektronik dan ionik) ini memang langka, dan memberikan keuntungan sekaligus tantangan. Di satu sisi, ini membuat material sangat serbaguna. Namun di sisi lain, ini membutuhkan penanganan laboratorium yang cermat untuk memisahkan pengukuran transportasi ion dari gangguan elektronik.

Kelas Baru Material Konduktor

Penemuan ini bukan hanya pencapaian besar dalam konduktivitas, tetapi juga memperkenalkan kelas baru yang dapat mengubah cara kita merancang baterai di masa depan. Menurut penulis utama Jingwen Jiang dari TUMint.Energy Research, implikasinya melampaui satu saja.

“Senyawa kami berbasis litium dan antimon dengan sedikit tambahan skandium. Namun, konsep ini dapat dengan mudah diterapkan pada sistem lain, seperti senyawa litium-fosfor,” jelas Jiang. “Pemegang rekor sebelumnya berbasis litium-sulfur dan membutuhkan lima elemen tambahan untuk mengoptimalkan kinerjanya. Sebaliknya kami hanya membutuhkan satu — skandium.”

Komposisi yang lebih sederhana ini mempermudah proses produksi dan berpotensi menurunkan biaya manufaktur. Selain itu, penggunaan metode sintesis kimia yang sudah mapan berarti bahwa proses produksi dalam skala industri bisa menjadi lebih mudah dibandingkan dengan alternatif sebelumnya.

Aplikasi Nyata dan Pandangan ke Masa Depan

Meskipun material ini masih dalam tahap awal riset dan pengembangan, tim sangat optimis terhadap potensi aplikasinya di dunia nyata. Salah satu penggunaan paling menjanjikan adalah sebagai aditif dalam elektroda baterai, berkat kombinasi unik dari konduktivitas elektronik dan ioniknya.

Profesor Fässler menekankan visi jangka panjangnya: “Penemuan ini merupakan langkah penting dalam riset dasar, tetapi juga sangat praktis. Kami telah mengajukan paten untuk ini, dan karakteristiknya sangat ideal untuk meningkatkan performa baterai dalam berbagai aspek—kecepatan, keamanan, dan stabilitas termal.”

Di luar elektronik konsumen dan kendaraan listrik, material baru ini juga bisa digunakan di sektor lain yang membutuhkan penyimpanan energi berkinerja tinggi, seperti kedirgantaraan, pertahanan, dan sistem energi terbarukan. Stabilitas termalnya membuatnya sangat cocok untuk lingkungan dengan suhu ekstrem atau yang mudah berubah.

Ilmu Material sebagai Pendorong Revolusi Energi

Pencapaian luar biasa ini menyoroti peran penting ilmu dalam mendorong kemajuan teknologi energi bersih. Seiring meningkatnya permintaan akan baterai yang kuat, efisien, dan aman, inovasi seperti ini bisa memainkan peran sentral dalam menghadapi tantangan energi masa depan.

Penemuan ini menunjukkan bagaimana perubahan kecil pada tingkat atom dapat menghasilkan peningkatan besar di dunia nyata. Dengan berfokus pada bagaimana ion bergerak melalui padat dan menyesuaikan struktur pada skala mikroskopis, para ilmuwan mendorong batas dari apa yang mungkin dilakukan dalam penyimpanan energi.

Selain itu, kerja para peneliti TUM membuktikan bahwa terobosan mutakhir tidak selalu membutuhkan formulasi kompleks dengan banyak elemen. Terkadang, seperti pada material ini, kesederhanaan yang dikombinasikan dengan inovasi strategis menghasilkan hasil yang paling kuat.

Baca Juga : NY Times