merah menunjukkan berbagai teknologi baterai lithium baru dengan kinerja baterai yang unik. Seperti yang dilihat bahwa baterai lithium merupakan baterai
yang memiliki aliran paling besar di antara semua teknologi penyimpanan energi. Whittingham, 1976
2.2.1 Spesifikasi Kimia Baterai Ion Lithium
Sejak komersialisasi baterai Lithium-ion yang dapat diisi ulang di awal tahun 1990-an, lithium berbasis kimia memiliki pangsa yang semakin meningkat dari
pasar baterai global. Ini karena lithium memiliki beberapa sifat kimia dan fisik yang jauh lebih baik dari yang diinginkan. Pertama, lithium adalah unsur yang
paling elektronegatif dalam pengurangan potensi standar seri NPT dengan potensial elektroda negatif -3,05 V. Hal ini memungkinkan untuk memproduksi
baterai dengan tegangan hingga 6 V, meskipun 3-3,5 V adalah rentang tegangan yang paling umum untuk baterai lithium. Hasil tegangan tinggi dalam baterai
mampu melakukan lebih banyak pekerjaan dengan jumlah pembawa muatan yang sama, baterai memiliki energi spesifik yang lebih tinggi dari sel yang setara
dengan tegangan yang lebih rendah. Kedua, lithium adalah salah satu unsur yang paling ringan dan terkecil dalam tabel periodik. Hal ini lebih mempermudah untuk
membuat desain baterai yang lebih ringan dan lebih kecil, dan akibatnya lithium memiliki kepadatan energi gravimetri dan volumetrik yang lebih tinggi dari sel
yang setara dengan elemen yang lebih berat. Jari-jari ionik yang kecil juga membuat baterai lithium relatif lebih mudah untuk menemukan bahan interkalasi
yang baik Nordh, 2013. Logam lithium murni akan menghasilkan energi volumetrik dan gravimetri
tertinggi untuk baterai lithium. Logam lithium sendiri adalah elektronik konduktif yang memiliki sifat mekanik yang baik, sehingga tidak ada tambahan yang
diperlukan. Dengan adanya elektrolit dalam baterai, lithium memiliki energi spesifik yang lebih tinggi. Namun, dengan menggunakan logam lithium
menimbulkan masalah besar dalam sel sekunder. Setelah pengisian, ketika ion lithium kembali pindah ke lithium logam foil, pembentukan dendrit dapat diamati.
Setelah berulang dendrit ini dapat tumbuh ke sisi positif dari baterai dan dengan
Universitas Sumatera Utara
demikian terjadi arus pendek pada baterai, dalam skenario kasus terburuk mungkin terjadi ledakan. Masalah keamanan ini terlalu besar untuk diabaikan, dan
karena itu alternatif sumber lithium perlu digunakan. Ketika memecahkan masalah dengan dendrit yang berhubungan dengan lithium logam, banyak jalan
alternatif yang dieksplorasi, dan hasil yang paling menjanjikan berasal dari senyawa interkalasi. Suatu senyawa interkalasi bekerja sebagai matriks tempat di
mana ion lithium disimpan. Struktur host materi secara keseluruhan tidak berubah ketika dimasukkan lithium dalam senyawa interkalasi; lithium sebaliknya
menemukan lubang dalam struktur di mana ia dapat disimpan Nordh, 2013. Salah satu elektroda negatif yang paling umum digunakan dalam baterai
saat ini adalah grafit. Atom-atom karbon dalam grafit tersusun dalam lapisan halus dengan ikatan van der waals. Atom lithium kemudian dapat bergerak antara
lapisan tersebut dan disimpan lihat Gambar 2.5. Di tengah lapisan terdapat cincin karbon yang memungkinkan satu atom lithium dapat disimpan dalam enam
karbon dan membentuk LiC
6
. Masalah keamanan dapat diatasi karena bahan interkalasi yang umumnya tidak mengalami pembentukan dendrit, namun
berpengaruh pada energi dan daya spesifik Nordh, 2013.
Gambar 2.5. Skema dari bahan elektroda dalam baterai Li-ion Nordh, 2013 Dari Gambar 2.5 dapat dilihat bahan elektroda menggunakan logam
lithium oksida katoda dan anoda grafit. Lithium diselingi antara lapisan grafit saat baterai terisi dan dalam struktur host oksida ketika habis Nordh, 2013.
Universitas Sumatera Utara
Baterai yang paling umum, lithium-ion memiliki grafit sebagai anoda, bekerja pada -2.5 V vs elektroda hidrogen standar, dan bahan interkalasi lain,
umumnya oksida logam transisi, sebagai katoda bekerja sekitar 1,0 V. Memiliki satu elektroda yang bekerja pada -2.5 V dan yang lainnya di 1,0 V, sehingga total
potensial di mana baterai beroperasi adalah 3,5 V. Potensial ni memang cukup besar untuk membuat elektrolit tetap stabil secara kimiawi dari kedua reaksi,
oksidasi dan reduksi. Bahkan, sebagian besar elektrolit tidak stabil dalam potensial yang ada dalam baterai lithium Xu, 2004. Yang paling sering terjadi
adalah anoda akan bertindak sebagai katalis dan garam organik dalam elektrolit bereaksi membentuk zat baru pada permukaan anoda. Layer baru ini bersifat pasif
pada permukaan elektroda, sehingga mencegah reaksi lebih lanjut dalam elektrolit. Lapisan ini disebut
Solid Electrolyte Interface
atau SEI Nordh, 2013.
Gambar 2.6. Kemungkinan komposisi lapisan SEI pada anoda grafit dalam baterai Li-ion Nordh, 2013.
Pada Gambar 2.6 dapat dilihat kemungkinan kombinasi bahan di lapisan SEI pada grafit, dengan ketebalan yang khas. SEI bermanfaat bagi baterai, dalam
arti bahwa SEI merupakan elektroda pasif yang bereaksi dengan elektrolit, tetapi juga memiliki beberapa kelemahan. Difusi ion dapat diturunkan dengan lapisan
SEI, sehingga mengurangi daya maksimum yang dapat diekstraksi dari baterai. Pembentukan lapisan SEI juga mengkonsumsi bahan aktif, sehingga mengurangi
kapasitas baterai. Selain itu, selama interkalasi dan deinterkalasi, bahan dasar sering mengalami perubahan volume. Perubahan volume ini akan membentuk
retakan di SEI dan SEI baru akan terbentuk pada saat terjadi retakan. Setelah ini
Universitas Sumatera Utara
terjadi berulang-ulang, maka perlahan-lahan akan mengurangi kapasitas dari baterai Winter, 2004 ; Palacin, 2009.
2.2.2 Bahan Dalam Baterai Ion Lithium
