Perpustakaan Digital ITB

Baterai ion litium saat ini merupakan pilihan utama perangkat penyimpan energi pada perangkat elektronik portabel dan kendaraan listrik. Sebagai sumber ion Li+, material katode sangat berperan dalam menentukan kapasitas, tegangan kerja, dan performa elektrokimia lainnya pada suatu baterai ion litium. Selain itu, material katode juga merupakan bagian paling mahal, sehingga mengembangkan katode yang lebih murah juga menjadi fokus utama dalam pengembangan material katode. Berbagai jenis material katode telah dikembangkan dan dikomersialisasikan. Material katode Li-rich dengan struktur layered-layered merupakan salah satu jenis yang paling potensial dikarenakan memiliki kapasitas spesifik >200 mAh/g dan teganan kerja yang lebar. Selain itu, material katode Li-rich hanya memerlukan sedikit kobalt (Co-less) sehingga menjadikan jenis material katode Li-rich berpotensi dikembangkan karena berpotensi lebih murah. Namun hingga saat ini material katode Li-rich belum dapat dikomersialisasikan karena memiliki beberapa permasalahan. Material katode Li-rich hasil sintesis seringkali mengalami cacat struktur antara lain cation mixing, cacat struktur heksagonal, rendahnya parameter kisi c/a yang mengakibatkan kurang optimalnya kapasitas spesifik yang dihasilkan. Selain itu, material katode Li-rich memiliki kapasitas retensi yang buruk dikarenakan reaksi degradasi di antarmuka dan permukaan. Sebagian reaksi anionik redoks yang bersifat tidak reversibel akan mengakibatkan kekosongan O pada struktur dan pembentukan gas O2 di permukaan. Kekosongan O pada struktur akan memicu perubahan fasa dari layered ke spinel yang berakibat pada terjadinya fenomena voltage fading. Sedangkan, gas O2 di permukaan dapat berperan sebagai katalis pada fenomena dekomposisi elektrolit, sehingga memicu pembentukan cathode electrolyte interphase (CEI) dan pelarutan logam transisi. Pada penelitian ini, kami telah mengembangkan material katode Co-less Li-rich Li1,2Ni0,13Co0,13Mn0,54O2 dengan pendekatan modifikasi struktur dan permukaan. Sintesis berbantuan gelombang mikro mampu meningkatkan keseragaman struktur layered yang ditandai dengan rendahnya cation mixing dan tingginya homogenitas struktur heksagonal sehingga menghasilkan kapasitas tinggi (> 259 mAh/g). Selain itu, radiasi gelombang mikro yang tepat juga dapat meningkatkan homogenitas ukuran partikel sehingga kapasitas retensi meningkat. Lebih lanjut, modifikasi struktur dengan cara memadukan struktur spinel pada struktur layered-layered Li- rich untuk membentuk multistruktur layered-layered-spinel dapat dilakukan dengan cara pemanasan pada suhu tinggi (950 ?). Pada pemanasan suhu tinggi, akan memicu lepasnya Li dan O pada struktur sehingga memudahkan logam transisi mengisi situs Li. Hal ini akan memicu pembentukan struktur spinel. Adanya struktur spinel pada layered-layered Li-rich mampu meningkatkan performa elektrokimia. Multistruktur layered-layered-spinel dapat menghasilkan kapasitas retensi yang baik (86,5% 100 siklus 0,2 C, efisiensi Coulomb > 99%) dan rate capability yang tinggi. Disisi lain, tegangan kerja sangat mempengaruhi performa elektrokimia material katode Li-rich. Tegangan kerja lebar (2 – 4,8 V) beresiko meningkatkan degradasi permukaan material katode Li-rich, mengakibatkan resistansi yang semakin meningkat secara signifikan. Pelapisan SiO2 pada material katode Li-rich mampu meningkatkan kapasitas retensi yang mengindikasikan SiO2 mampu mengurangi kerusakan di permukaan. Namun, SiO2 yang semakin tinggi di permukaan akan menurunkan kapasitas spesifik dan meningkatkan resistansi transfer muatan. Perlakuan urea pada Li-rich yang telah dilapisi SiO2 mampu menurunkan resistansi secara signifikan karena adanya deposit carbon nitride (CN) di permukaan. Pelapisan SiO2 dan CN terbentuk pada skala nanometer sehingga tidak mengurangi kapasita spesifik material katode Li-rich. Lebih lanjut, sinergis pelapisan SiO2+CN mampu meningkatkan kapasitas retensi baik dalam sistem half-cell (vs. Li metal) maupun full cell (vs. anode grafit). Selain itu, pelapisan SiO2+CN pada material katode Li-rich juga mampu meningkatkan rate capabilitity dan mengurangi voltage fading. Hal ini mengindikasikan bahwa sinergis SiO2+CN mampu mengurangi permasalahan permukaan material katode Li-rich.