Baterai litium metalik diyakini sebagai salah satu bidang pengembangan dengan potensi tertinggi di sektor energi. Sebagai anoda, litium memiliki kapasitansi spesifik tertinggi dan potensial elektrokimia terendah di antara semua logam; namun, reaktivitas kimianya yang tinggi membuat sistem menjadi tidak stabil. Selama proses pengisian daya, dendrit tumbuh di permukaan litium – struktur jarum tipis yang mampu menembus pemisah dan menyebabkan korsleting. Untuk meningkatkan stabilitas sistem, digunakan larutan elektrolit konsentrasi tinggi, di mana hampir semua molekul pelarut terikat dengan ion litium, dan berkat itu terbentuk lapisan pelindung yang kuat dari senyawa non-organik pada anoda.
Masalahnya adalah konsentrasi garam yang tinggi membuat elektrolit tersebut berat, mahal, dan tidak ramah lingkungan. Garam yang mengandung fluorin, misalnya, litium bis(fluorin sulfonil)imida (LiFSI), memberikan stabilitas, tetapi menyumbang hingga 90% dari biaya larutan dan secara nyata meningkatkan kepadatan dan toksisitasnya. Selama ini, para ahli belum berhasil dalam upaya mereka untuk mengurangi kandungan garam tanpa mengorbankan sifat-sifatnya.
Para peneliti Tiongkok memutuskan untuk memeriksa apakah hal itu mungkin dicapai dengan menggunakan fenil fluorida – pengencer ringan dan murah yang dikenal karena kompatibilitasnya dengan logam litium. Namun, ketika garam tersebut diencerkan dalam campuran dengan eter 1,2-dimetoksietana, larutan yang sebelumnya stabil tiba-tiba menjadi agresif terhadap litium: logam tersebut mulai rusak hanya dalam beberapa jam, dan larutan elektrolit menjadi gelap. Analisis menunjukkan bahwa dengan kandungan garam yang rendah dalam larutan, molekul eter "bebas" tetap ada, dan mereka memicu serangkaian reaksi samping. Litium berinteraksi dengan fenil fluorida membentuk fenil-litium – senyawa sementara aktif, yang kemudian merusak baik larutan maupun anoda. Pada akhirnya, baterai kehilangan kemampuan kinerjanya sepenuhnya.
Untuk menghentikan proses ini, para ilmuwan mengganti dimetoksi-etana dengan dimetil-asetal – eter dengan molekul yang lebih bercabang. Struktur spasialnya menghambat pembentukan kompleks aktif dengan fenil-litium dan mencegah dimulainya reaksi berantai. Dalam sistem tersebut, fenil fluorida mempertahankan sifat inert kimianya, dan lapisan pelindung stabil dari senyawa non-organik (terutama, litium fluorida) terbentuk pada anoda.
Larutan elektrolit baru (campuran LiFSI, fenil fluorida, dan dimetil-asetal) menunjukkan hasil yang mengesankan. Efisiensi Coulomb, yaitu, bagian muatan listrik yang dikembalikan oleh baterai saat pengosongan dibandingkan dengan jumlah pengisian, mencapai 99,4% pada suhu 25 °C dan 97,7% pada suhu minus 40 °C. Baterai dengan katoda polimer sulfur bertahan hingga 500 siklus dengan hanya kehilangan 17% kapasitas. Baterai tersebut tetap berfungsi bahkan pada suhu minus 60 °C, dan energi spesifik sel percontohan mencapai 334 W*h/kg – tingkat yang sebanding dengan prototipe modern terbaik.
Dengan demikian, fenil fluorida dapat berfungsi sebagai komponen larutan elektrolit yang murah dan ringan jika Anda memilih pelarut yang tepat. Para peneliti percaya bahwa mereka telah mengambil langkah penting menuju baterai litium metalik yang mampu beroperasi di berbagai iklim – dari panas gurun atau tropis hingga dingin membeku di Arktik. (tim Liputan)
Editor : Aan
