Teknologi Baterai Revolusioner Meningkatkan Keamanan dan Efisiensi melalui Penemuan Material Lanjutan

Para peneliti di University of Michigan bekerja sama dengan laboratorium Argonne National menggunakan superkomputer untuk membuat model AI dasar yang membantu mempercepat pencarian material baterai baru. Penemuan ini penting untuk meningkatkan performa baterai di berbagai perangkat, termasuk elektronik dan alat medis. Selama ini, penemuan material baterai berlangsung melalui metode coba-coba dan intuisi, yang sebagian besar material utama ditemukan dari 1975 sampai 1985. Oleh karena itu, inovasi material baru terbatas pada penyempurnaan kecil dari material lama. Model AI dasar yang dibuat belajar dari miliaran molekul dan dapat memprediksi sifat-sifat penting material baterai seperti konduktivitas, titik leleh, dan keamanan. Mereka menggunakan teknologi SMILES dan SMIRK untuk meningkatkan akurasi prediksi. Superkomputer di Argonne National Laboratory, termasuk Polaris dan Aurora, menyediakan tenaga komputasi besar yang memungkinkan pelatihan model AI secara skala besar. Ini mengatasi batasan dari sistem komputasi yang lebih kecil dan mahal. Kini, model AI ini juga diintegrasikan dengan chatbot seperti ChatGPT, memungkinkan para peneliti dan mahasiswa untuk berinteraksi mudah dan cepat dalam menjelajahi ide-ide baru tanpa harus memiliki kemampuan pemrograman, sehingga mengubah proses riset menjadi lebih kreatif dan efektif.

Baterai lithium-sulfur (Li-S) memiliki potensi untuk menghasilkan energi yang lebih besar dibandingkan baterai lithium-ion biasa, menjadikannya pilihan menarik untuk aplikasi seperti kendaraan listrik jarak jauh dan teknologi antariksa. Namun, penggunaan elektrolit yang sedikit demi meringankan berat baterai berdampak pada distribusi elektrolit yang tidak merata dan mempercepat penuaan baterai. Tim riset dari Helmholtz-Zentrum Berlin berhasil menggunakan teknologi neutron tomography operando untuk pertama kalinya mengamati gerakan elektrolit dalam baterai Li-S pouch cell secara real-time selama pengisian dan pengosongan. Teknologi ini memungkinkan mereka melihat bagaimana elektrolit basah atau tidak pada berbagai bagian baterai tanpa merusak sel. Pengamatan menunjukkan bahwa area tertentu mengalami kekurangan basah elektrolit saat baterai dalam kondisi istirahat, terutama pada tahap awal. Istirahat singkat dapat memperbaiki kondisi basah, namun saat lebih lama, perbaikan tidak signifikan. Sebaliknya, siklus pengisian dan pengosongan membantu memperbaiki distribusi elektrolit serta memicu aktivasi sulfur yang meningkatkan kapasitas baterai. Selain itu, tim juga menemukan pola basah menyerupai siklus 'bernapas' yang mengikuti proses pelarutan dan pengendapan senyawa sulfur selama siklus pemakaian baterai. Pola ini berbeda dengan perilaku baterai lithium-ion konvensional dan menjadi kunci dalam memahami dinamika elektronik untuk baterai Li-S. Hasil penelitian ini memberikan wawasan penting untuk mengatasi kelemahan baterai lithium-sulfur yang cepat menua dan gagal. Pendekatan yang digunakan juga memberi produsen cara baru untuk menganalisis dan mengoptimalkan baterai Li-S secara non-destruktif, sehingga diharapkan baterai jenis ini dapat lebih efisien, tahan lama, dan siap pakai dalam berbagai aplikasi.

Para ilmuwan di Institut Sains Tokyo telah mengembangkan elektrolit baru bernama 3D-SLISE yang bertujuan membuat baterai lithium-ion lebih aman dan mudah didaur ulang. Masalah utama dalam baterai saat ini adalah penggunaan pelarut organik mudah terbakar yang berpotensi membahayakan keselamatan dan proses produksi yang memerlukan fasilitas khusus dan energi tinggi. Teknologi 3D-SLISE memakai bahan dasar matriks borat-air yang dipadukan dengan lithium tetraborat amorf, garam lithium, dan carboxymethyl cellulose untuk menciptakan antarmuka seperti lendir tiga dimensi yang memungkinkan ion lithium bergerak bebas ke segala arah. Hal ini memberikan kinerja tinggi dan fleksibilitas dalam penggunaan baterai. Dalam uji coba, baterai yang memakai elektrolit ini dapat dicas dan digunakan dalam waktu singkat, hanya 20 menit, serta mampu bertahan setelah 400 kali siklus pengisian pada suhu ruangan. Proses produksinya juga praktis karena bahan-bahan cukup dikeringkan secara alami tanpa kebutuhan fasilitas mahal yang biasanya diperlukan. Keunggulan lain dari 3D-SLISE adalah kemudahan proses daur ulang. Karena elektrolit ini berbasis air dan tidak menggunakan bahan beracun atau polivinilidena difluorida, baterai bisa langsung direndam dalam air untuk memisahkan bahan aktif dan merecover elemen penting seperti cobalt dengan mudah, mengurangi penggunaan bahan kimia dan energi. Para peneliti percaya bahwa teknologi ini dapat diaplikasikan tidak hanya di perangkat elektronik portabel tetapi juga di kendaraan listrik dan penyimpanan energi statis, menawarkan solusi baterai yang lebih bersih, aman, dan berkelanjutan yang sesuai dengan kebutuhan masa depan dunia.