Perpustakaan Digital ITB

Baterai solid-state menawarkan keamanan lebih baik daripada baterai konvensional yang mengandalkan elektrolit cair organik yang mudah terbakar. Agar transportasi ion efisien, baterai solid-state biasanya menggunakan katoda komposit dari bahan katoda aktif dengan elektrolit padat. Namun, katoda komposit rentan terhadap delaminasi dan resistansi antarmuka yang dapat dikaitkan dengan konsentrasi tegangan pada antarmuka katoda-elektrolit akibat dari perubahan volume pada katoda selama siklus baterai. Katoda komposit bergradasi fungsional (FG) mengatasi masalah ini dengan mengganti lapisan katoda komposit dan elektrolit padat yang terpisah dengan satu lapisan komposit bergradasi yang halus. Studi ini bertujuan mengidentifikasi profil FG yang meminimalkan tegangan akibat perubahan volume katoda selama siklus baterai. FEA pada katoda komposit LFP dan LATP yang terikat pada elektrolit LATP murni dalam kondisi penyusutan dan ekspansi menunjukkan tegangan puncak sebesar 952 MPa dan 988 MPa. Sementara itu, katoda komposit FG dengan profil linier mengurangi puncak tersebut menjadi 398 MPa dan 308 MPa. Untuk mengeksplorasi profil FG yang lebih luas, didefinisikan fungsi empat parameter yang mencakup bentuk linier, power-law, sigmoid, dan bentuk lain. Tiga ribu simulasi FEA untuk masing-masing beban penyusutan dan ekspansi menghasilkan data untuk melatih dua surrogate model berbasis multilayer perceptron (RMSE < 4 MPa). Algoritma genetik kemudian menavigasi ruang desain empat parameter untuk mengidentifikasi profil FG optimal yang mengurangi tegangan puncak menjadi 324 MPa dan 321 MPa, yang setara dengan pengurangan 62% terhadap katoda komposit konvensional. Hasil ini menunjukkan bahwa profil FG yang optimal dapat secara signifikan mengurangi konsentrasi tegangan pada katoda komposit.