Kita semua tahu tentang baterai lithium-ion, dari baterai di mobil kami hingga smartphone kami; kami mempercayai mereka untuk energi. Mereka banyak digunakan meskipun ada risiko kebakaran dan ledakan yang mereka bawa. Alternatif yang lebih aman adalah baterai ion natrium padat, tetapi sejauh ini, mereka belum mampu bersaing dengan baterai lithium ion dalam hal kinerja.
Namun, tampaknya baterai ion natrium padat akan mendapatkan keuntungan dibandingkan baterai lithium-ion karena penelitian dari sekelompok ilmuwan di University of Houston. Peneliti utama Yan Yao, seorang profesor teknik elektro dan komputer, telah menulis sebuah artikel di majalah Joule yang menjelaskan pengembangan katoda organik yang dapat sangat meningkatkan stabilitas dan kepadatan energi baterai ion di natrium padat.
Bagi Anda yang tidak tahu, baterai lithium-ion tradisional memiliki elektrolit cair yang mampu menyimpan energi dalam jumlah besar. Di lain pihak, baterai natrium ion padat memiliki inti elektrolit padat yang tidak dapat menghasilkan daya yang setara dengan baterai ion lithium. Namun, penelitian terbaru telah meluncurkan elektrolit padat yang konduktif seperti elektrolit cair yang digunakan dalam baterai lithium-ion.
Tantangan terakhir yang harus diatasi oleh tim ilmuwan untuk mengembangkan baterai natrium ion keadaan padat yang sangat efisien adalah menemukan antarmuka yang solid. Penelitian ini memiliki dua temuan utama yang mengatasi tantangan ini. Temuan pertama menetapkan bahwa “antarmuka resistif antara elektrolit dan katoda yang biasanya terbentuk selama siklus dapat dibalik, memperpanjang umur siklus.” Sementara, temuan kedua menetapkan bahwa “fleksibilitas katoda organik memungkinkannya mempertahankan kontak intim pada antarmuka dengan elektrolit padat, bahkan ketika katoda meluas dan berkontraksi selama siklus”.
Katoda organik dikenal sebagai PTO untuk pyrene-4,5,9,10-tetra-one. Ini menawarkan banyak manfaat dibandingkan dengan katoda anorganik. Yao berkata: ‘Kami menemukan untuk pertama kalinya bahwa antarmuka resistif yang terbentuk antara katoda dan elektrolit dapat dibalik. Itu dapat berkontribusi pada stabilitas dan meningkatkan siklus hidup. ‘ Yao juga peneliti utama di Texas Superconductivity Center di UH. Penelitiannya berfokus pada bahan organik hijau dan berkelanjutan untuk pembangkit dan penyimpanan energi. Perbedaan utama dalam baterai baru adalah reversibilitas antarmuka. Ini memungkinkan baterai dalam kondisi padat untuk mencapai kepadatan energi yang lebih tinggi tanpa harus mengorbankan siklus hidupnya.
Mempertahankan kontak yang cukup baik antara katoda yang kaku, sambil melebar dan berkontraksi selama siklus baterai dan elektrolit, selalu menimbulkan masalah. Namun, penelitian baru menunjukkan bahwa katoda organik dapat mengatasi masalah ini. Katoda organik stabil untuk minimum 200 siklus. Fang Hao, seorang mahasiswa PhD dan anggota tim Yao, mengatakan, “Jika Anda memiliki kontak yang dapat diandalkan antara elektroda dan elektrolit, Anda akan memiliki peluang besar untuk membuat baterai solid-state berkinerja tinggi.”
