Ilmuwan Tiongkok telah mencapai kemajuan signifikan dalam teknologi baterai solid-state dengan mengembangkan anoda silikon dengan struktur tiga dimensi unik yang dirancang untuk mengatasi ketidakstabilan yang melekat pada material. Terobosan ini, yang dipimpin oleh Profesor Chen Wanghua di Universitas Ningbo, mengatasi hambatan besar dalam pengembangan baterai generasi mendatang: kecenderungan silikon untuk mengembang dan menurun selama siklus pengisian daya.
Masalah dengan Silikon
Silikon sangat menjanjikan untuk baterai lithium berkapasitas tinggi, secara teoritis menyimpan energi sepuluh kali lebih banyak dibandingkan anoda grafit konvensional. Namun, perubahan volume yang dramatis (lebih dari 300%) selama pengisian daya secara historis telah melumpuhkan penerapannya di dunia nyata. Perluasan ini menyebabkan tekanan mekanis, merusak antarmuka baterai, dan menurunkan kinerja dengan cepat.
Seperti yang dikatakan Profesor Chen Wanghua, silikon adalah “super porter” dengan potensi penyimpanan yang sangat besar, namun silikon “memuat dengan cepat” dan “rusak” jika digunakan berulang kali. Ketidakstabilan ini telah lama menjadi penghalang utama dalam mewujudkan potensi penuh silikon.
Solusi “Bernapas”.
Tim peneliti menggunakan deposisi uap kimia yang ditingkatkan plasma (PECVD) untuk menciptakan arsitektur silikon kolumnar baru yang terintegrasi langsung dengan kolektor arus. Desain ini menampilkan struktur inti-cangkang “fase ganda” yang dibangun dalam dua langkah.
Inovasi utamanya adalah pengenalan rongga antara kawat nano silikon yang disejajarkan secara vertikal. Jaringan ini menciptakan “katup pernapasan” internal yang memungkinkan silikon mengembang ke ruang yang disediakan ketika ion litium melonjak masuk, alih-alih menghancurkan elektrolit padat di sekitarnya.
Secara efektif, para peneliti beralih dari menggunakan “bubuk silikon” ke membangun “hutan” kawat nano yang terjalin yang dapat mengakomodasi ekspansi tanpa kegagalan struktural.
Performa dan Daya Tahan Luar Biasa
Pengujian mengkonfirmasi kinerja anoda baru yang unggul. Baterai solid-state yang dihasilkan mampu mempertahankan penyaluran daya meskipun tertekuk atau terpotong, sehingga menunjukkan ketahanan dan keamanan mekanis yang luar biasa.
Terobosan ini mewakili pergeseran ke arah perancangan bahan baterai dengan mempertimbangkan konduktivitas ionik dan integritas struktural. Hal ini membuat baterai silikon solid-state berenergi tinggi dan tahan lama semakin mendekati realisasi praktis.
Penelitian ini memberikan jalur teknis yang layak untuk mengembangkan baterai generasi berikutnya, yang berpotensi merevolusi penyimpanan energi untuk kendaraan listrik dan elektronik portabel.
