Perpustakaan Digital ITB

Baterai litium-ion (LIB) merupakan salah satu sistem penyimpanan energi yang saat ini digunakan secara luas pada aplikasi perangkat elektronik, khususnya kendaraan listrik. Saat ini, katoda berbasis nikel berkandungan tinggi (Ni-rich) menjadi pilihan sebagai material katoda karena memiliki densitas energi yang lebih tinggi. Namun demikian, peningkatan kandungan nikel berbanding lurus terhadap menurunnya kestabilan termal material, khususnya akibat meningkatnya kecenderungan pelepasan oksigen pada kondisi terdelitiasi. Kehilangan oksigen tersebut memicu pembentukan dan difusi vakansi oksigen, migrasi kation logam transisi, serta transformasi fasa yang berujung pada penurunan kapasitas baterai. Pembentukan vakansi oksigen pada struktur bulk Li0.55NiO2 menjadi salah satu mekanisme utama yang berperan dalam degradasi material katoda. Vakansi oksigen yang terbentuk dapat berdifusi melalui perpindahan atom oksigen tetangga terdekat (nearest neighbor hopping) menuju situs vakansi yang ada, sehingga secara efektif dapat menyebabkan pengumpulan vakansi oksigen pada orientasi bidang kristalografi tertentu, yakni intralayer (003) dan (104), serta interlayer (104e). Akumulasi tersebut memicu terjadinya cracking dan transformasi fasa yang menjadi penyebab utama penurunan kapasitas baterai. Sehingga, pengendalian pembentukan dan difusi vakansi oksigen melalui substitusional doping menjadi pendekatan yang relevan untuk meningkatkan stabilitas struktur material katoda. Penelitian ini menganalisis pengaruh doping substitusional logam transisi (W, Mo, Cr) terhadap energi substitusi doping, energi formasi vakansi oksigen, dan energi aktivasi difusi. Simulasi dilakukan menggunakan pendekatan teori fungsional kerapatan (DFT) dengan perangkat VASP, fungsional PBE+U, dan metode CI-NEB. Hasil kalkulasi menunjukkan bahwa seluruh sistem terdoping meningkatkan nilai energi formasi dibandingkan sistem Li0.55NiO2 pristine. Namun, nilai energi aktivasi difusi vakansi oksigen pada sistem Li0.55NiO2 pristine sudah cukup tinggi, sehingga pengaruh doping justru menurunkan nilai energi aktivasi difusi vakansi oksigen. Hal ini dapat disebabkan karena adanya mekanisme lain seperti pembentukan dan kinetika dimerisasi oksigen. Sehingga, pembentukan vakansi oksigen mudah secara termodinamika, namun lambat secara kinetika. Berdasarkan hasil penelitian, doping W memberikan kestabilan termodinamika dan hambatan kinetika difusi vakansi oksigen yang lebih baik dibandingkan doping lainnya.