Perlombaan Kimia Sel: Sistem Lithium vs Sodium
| Jerry Huang
Penelitian yang ditujukan untuk baterai lithium-sulfur (Li/S 8 ) dan lithium-oksigen (Li/O 2 ) suhu kamar telah meningkat secara signifikan selama sepuluh tahun terakhir. Perlombaan untuk mengembangkan sistem sel semacam itu terutama dimotivasi oleh kepadatan energi teoretis yang sangat tinggi dan kelimpahan belerang dan oksigen. Kimia sel, bagaimanapun, adalah kompleks, dan kemajuan menuju pengembangan perangkat praktis tetap terhambat oleh beberapa masalah kunci mendasar, yang saat ini sedang ditangani oleh berbagai pendekatan.
Cukup mengejutkan, tidak banyak yang diketahui tentang sistem baterai analog berbasis natrium, meskipun baterai Na/S 8 dan Na/NiCl 2 suhu tinggi yang sudah dikomersialkan menunjukkan bahwa baterai isi ulang berbasis natrium layak untuk skala besar. Selain itu, kelimpahan alami natrium merupakan manfaat yang menarik untuk pengembangan baterai berdasarkan komponen berbiaya rendah.
Ulasan ini memberikan ringkasan pengetahuan mutakhir tentang baterai lithium-sulfur dan lithium-oksigen dan perbandingan langsung dengan sistem natrium analog. Sifat umum, manfaat dan tantangan utama, strategi terbaru untuk peningkatan kinerja dan pedoman umum untuk pengembangan lebih lanjut dirangkum dan dibahas secara kritis. Secara umum, substitusi lithium untuk natrium memiliki dampak yang kuat pada keseluruhan sifat reaksi sel dan perbedaan dalam transpor ion, stabilitas fase, potensial elektroda, kepadatan energi, dll. dapat diharapkan.
Apakah perbedaan ini akan menguntungkan kimia sel yang lebih reversibel masih menjadi pertanyaan terbuka, tetapi beberapa laporan pertama pada suhu kamar sel Na/S 8 dan Na/O 2 sudah menunjukkan beberapa perbedaan menarik dibandingkan dengan Li/S 8 dan Li / O 2 sistem.
Baterai lithium-ion (LIB) yang dapat diisi ulang dengan cepat menjadi bentuk penyimpanan energi terpenting untuk semua aplikasi seluler sejak komersialisasinya di awal 1990-an. Ini terutama karena kepadatan energinya yang tak tertandingi yang dengan mudah melampaui sistem baterai isi ulang lainnya seperti logam-hidrida atau timbal-asam. Namun, kebutuhan berkelanjutan untuk menyimpan listrik lebih aman, lebih kompak dan lebih terjangkau memerlukan penelitian dan pengembangan yang berkelanjutan.
Kebutuhan akan penyimpanan energi stasioner yang murah menjadi tantangan tambahan yang juga memicu penelitian tentang baterai alternatif. Upaya besar diarahkan pada peningkatan berkelanjutan dari berbagai teknologi Li-ion dengan pengemasan yang lebih efisien, pemrosesan, elektrolit yang lebih baik, dan bahan elektroda yang dioptimalkan, misalnya. Meskipun kemajuan signifikan telah dicapai sehubungan dengan densitas daya selama beberapa tahun terakhir, peningkatan densitas energi (secara volumetrik dan gravimetri) relatif kecil. Perbandingan teknologi baterai yang berbeda sehubungan dengan kepadatan energinya ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1: Kerapatan energi teoritis dan (perkiraan) praktis dari baterai isi ulang yang berbeda: Pb–asam – asam timbal, NiMH – hidrida logam nikel, Na-ion – perkiraan berasal dari data untuk Li-ion dengan asumsi tegangan sel sedikit lebih rendah, Li- ion – rata-rata pada berbagai jenis, HT-Na/S 8 – baterai natrium-sulfur suhu tinggi, Li/S 8 dan Na/S 8 – baterai lithium-sulfur dan natrium-sulfur dengan asumsi Li 2 S dan Na2S sebagai produk pelepasan, Li / O 2 dan Na / O 2 - lithium-oksigen baterai (nilai teoritis termasuk berat oksigen dan bergantung pada stoikiometri dari produk debit diasumsikan, yaitu, oksida, peroksida atau superoksida). Perhatikan bahwa nilai kerapatan energi praktis dapat sangat bervariasi tergantung pada desain baterai (ukuran, daya tinggi, energi tinggi, sel tunggal atau baterai) dan status pengembangan. Semua nilai kerapatan energi praktis mengacu pada tingkat sel (kecuali Pb-asam, 12 V). Nilai untuk baterai Li/S 8 dan Li/O 2 diambil dari literatur (dikutip dalam teks utama) dan digunakan untuk memperkirakan densitas energi untuk sel Na/S 8 dan Na/O 2. Dari teknologi di atas, hanya teknologi asam timbal, NiMH, Li-ion dan Na/S 8 suhu tinggi yang telah dikomersialkan hingga saat ini.
Referensi: