Strategi baru secara signifikan memperpanjang masa pakai baterai litium-ion dengan menekan pelepasan oksigen

Sebuah tim peneliti telah mengembangkan strategi untuk meningkatkan daya tahan bahan lithium-rich layered oxide (LLO), bahan katoda generasi berikutnya untuk baterai lithium-ion (LIB). Kemajuan ini, yang secara signifikan memperpanjang masa pakai baterai diterbitkan di buku harian Ilmu energi dan lingkungan.

Baterai lithium-ion sangat penting dalam aplikasi seperti kendaraan listrik dan sistem penyimpanan energi (ESS). Bahan oksida berlapis kaya litium (LLO) menawarkan kepadatan energi hingga 20% lebih tinggi dibandingkan katoda berbasis nikel konvensional dengan mengurangi kandungan nikel dan kobalt sekaligus meningkatkan komposisi litium dan mangan. Sebagai alternatif yang lebih murah dan berkelanjutan, LLO telah menarik banyak perhatian. Namun, tantangan seperti penurunan kapasitas dan penurunan tegangan selama operasi berlangsung siklus pengisian-pengosongan telah menghambat kelangsungan komersialnya.

Meskipun penelitian sebelumnya telah mengidentifikasi perubahan struktural pada katoda selama bersepeda sebagai penyebab masalah ini, alasan pasti di balik ketidakstabilan ini masih belum jelas. Selain itu, strategi yang ada saat ini yang bertujuan untuk meningkatkan stabilitas struktural LLO telah gagal menyelesaikan akar permasalahan, sehingga menghambat komersialisasi.

Tim POSTECH berfokus pada peran penting pelepasan oksigen dalam mengganggu kestabilan struktur LLO selama proses pelepasan muatan. Mereka berhipotesis bahwa meningkatkan stabilitas kimia antarmuka antara katoda dan elektrolit dapat mencegah pelepasan oksigen. Berdasarkan ide ini, mereka memperkuat antarmuka katoda-elektrolit dengan meningkatkan komposisi elektrolit, sehingga menghasilkan pengurangan emisi oksigen secara signifikan.

Elektrolit yang ditingkatkan dari tim peneliti mempertahankan tingkat retensi energi yang mengesankan sebesar 84,3% bahkan setelah 700 siklus pengisian dan pengosongan, peningkatan yang signifikan dibandingkan elektrolit konvensional, yang hanya mencapai tingkat retensi energi rata-rata 37,1% setelah 300 siklus.

Penelitian tersebut juga mengungkapkan bahwa perubahan struktur pada permukaan material LLO berdampak signifikan terhadap stabilitas material secara keseluruhan. Dengan mengatasi perubahan ini, tim dapat secara dramatis meningkatkan masa pakai dan kinerja katoda sekaligus meminimalkan reaksi yang tidak diinginkan seperti kerusakan elektrolit dalam baterai.

Profesor Jihyun Hong berkomentar: “Menggunakan radiasi sinkrotronKami dapat menganalisis perbedaan kimia dan struktural antara permukaan dan bagian dalam partikel katoda. Hal ini mengungkapkan bahwa stabilitas permukaan katoda sangat penting untuk keseluruhan integritas struktural material dan kinerjanya. Kami yakin penelitian ini akan memberikan arah baru bagi perkembangan generasi selanjutnya. katoda bahan.”