Peran Annealing dalam Meningkatkan Performa Baterai Lithium All-Solid-State

Semua baterai lithium-solid-state telah menjadi kegemaran baru dalam ilmu dan teknik material karena baterai lithium-ion konvensional tidak dapat lagi memenuhi standar untuk teknologi canggih, seperti kendaraan listrik, yang menuntut kepadatan energi tinggi, pengisian cepat, dan siklus panjang. hidup. Baterai all-solid-state, yang menggunakan elektrolit padat dan bukan elektrolit cair yang ditemukan pada baterai tradisional, tidak hanya memenuhi standar ini tetapi relatif lebih aman dan nyaman karena memiliki kemungkinan untuk mengisi daya dalam waktu singkat.

Namun, elektrolit padat hadir dengan tantangan tersendiri. Ternyata antarmuka antara elektroda positif dan elektrolit padat menunjukkan hambatan listrik yang besar yang asalnya tidak dipahami dengan baik. Selanjutnya, resistensi meningkat ketika permukaan elektroda terkena udara, menurunkan kapasitas dan kinerja baterai. Sementara beberapa upaya telah dilakukan untuk menurunkan resistansi, tidak ada yang berhasil menurunkannya hingga 10 Ω cm² (ohm sentimeter-kuadrat), nilai resistansi antarmuka yang dilaporkan saat tidak terpapar udara.

Sekarang, dalam sebuah penelitian terbaru yang diterbitkan di Bahan & Antarmuka Terapan ACS, sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Prof. Taro Hitosugi dari Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Jepang, dan Shigeru Kobayashi, seorang mahasiswa doktoral di Tokyo Tech, mungkin akhirnya bisa memecahkan masalah ini. Dengan menetapkan strategi untuk memulihkan resistansi antarmuka yang rendah serta mengungkap mekanisme yang mendasari pengurangan ini, tim telah memberikan wawasan berharga ke dalam pembuatan baterai solid-state berperforma tinggi. Studi tersebut merupakan hasil penelitian bersama oleh Tokyo Tech, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), dan Universitas Yamagata.

Sebagai permulaan, tim menyiapkan baterai film tipis yang terdiri dari elektroda negatif litium, LiCoO₂ elektroda positif, dan Li₃PO₄ elektrolit padat. Sebelum menyelesaikan pembuatan baterai, tim memaparkan LiCoO₂ permukaan ke udara, nitrogen (N₂), oksigen (O₂), karbon dioksida (CO₂), hidrogen (H₂), dan uap air (H₂O) selama 30 menit.

Yang mengejutkan mereka, mereka menemukan paparan terhadap N₂, The₂, CO₂, dan H₂, tidak menurunkan performa baterai dibandingkan dengan baterai yang tidak terpapar. “Hanya H₂Uap O sangat menurunkan Li₃PO₄ – LiCoO₂ antarmuka dan meningkatkan ketahanannya secara drastis ke nilai lebih dari 10 kali lebih tinggi daripada antarmuka yang tidak terpapar, ”kata Prof. Hitosugi.

Tim selanjutnya melakukan proses yang disebut "anil", di mana sampel menjalani perlakuan panas pada suhu 150°C selama satu jam dalam bentuk baterai yaitu dengan elektroda negatif disimpan. Hebatnya, ini mengurangi resistensi hingga 10.3 Ω cm², sebanding dengan baterai yang tidak terpapar!

Dengan melakukan simulasi numerik dan pengukuran mutakhir, tim kemudian mengungkapkan bahwa pengurangan tersebut dapat dikaitkan dengan penghilangan proton secara spontan dari dalam LiCoO.₂ struktur selama anil.

“Studi kami menunjukkan bahwa proton di LiCoO₂ struktur memainkan peran penting dalam proses pemulihan. Kami berharap penjelasan proses mikroskopis antar muka ini akan membantu memperluas potensi penerapan baterai semua keadaan padat,” tutup Prof. Hitosugi.