Keberlanjutan
Bagaimana Teknologi Baterai Solid-State Princeton Dapat Mengubah Penyimpanan Energi
Securities.io mempertahankan standar editorial yang ketat dan dapat menerima kompensasi dari tautan yang ditinjau. Kami bukan penasihat investasi terdaftar dan ini bukan nasihat investasi. Silakan lihat pengungkapan afiliasi.
Baterai Terbaik
Seiring dengan semakin berkembangnya baterai sebagai basis penggerak kendaraan listrik, performa dan profil keamanannya pun semakin meningkat. Sejauh ini, hal ini telah dicapai dengan berbagai variasi baterai litium, baik baterai litium-ion (lithium-nickel-manganese NMC & lithium-nickel-cobalt-aluminium NCA) maupun baterai litium-ferrum-phosphate (LFP). Ini merupakan teknologi transformatif yang memang seharusnya membuat penemunya memperoleh Penghargaan Nobel Kimia 2019 (ikuti tautan untuk sejarah penemuan lithium-ion).
Hingga saat ini, baterai ini diperkirakan akan terus mendominasi pasar baterai, berkat kepadatan energinya yang sangat tinggi.
Sumber: S&P Global
Akan tetapi, ada batasan terhadap daya yang dapat ditampung baterai lithium-ion klasik. Inilah sebabnya mengapa para peneliti mencari opsi lain, dan salah satu yang paling mungkin membuahkan hasil adalah baterai solid-state.
Baterai solid-state diharapkan lebih aman, lebih padat energi, dan lebih tahan lama daripada baterai lithium-ion tradisional. Namun, baterai solid-state sangat sulit diproduksi secara andal dalam skala besar dengan cara yang hemat biaya, sehingga memperlambat adopsi baterai solid-state.
Hal ini dapat berubah, dan wawasan baru tentang apa yang menyebabkan baterai solid-state gagal datang dari para peneliti yang bekerja di Universitas Princeton, Universitas Purdue, Universitas Michigan, dan Laboratorium Nasional Brookhaven.
Mereka menerbitkan penemuan terbaru mereka dalam dua makalah ilmiah di Advanced Energy Materials1 dan Surat Energi ACS2, masing-masing, dengan judul “Kinetika Litium dalam Interlayer Berpori Ag–C dalam Baterai Solid-State Bebas Reservoir”&“Kegagalan Akibat Filamen pada Baterai Solid-State Tanpa Reservoir Litium".
Mereka juga menganalisis keadaan terkini ilmu baterai mengenai baterai bebas anoda dan menerbitkannya di Nature Materials3, dengan judul “Elektro-kemo-mekanika baterai solid-state bebas anoda".
Baterai Solid State Bebas Anoda
Ide baterai solid-state adalah mengganti elektrolit cair dalam lithium-ion dengan lapisan logam padat. Ini adalah sumber utama peningkatan efisiensi, karena elektrolit berat dan banyak.
Sumber: Universitas Chicago
Hal ini juga meningkatkan profil keselamatan, karena pelarut elektrolit biasanya mudah terbakar, sehingga menciptakan kebakaran baterai yang langka namun spektakuler yang telah memberikan reputasi buruk pada kendaraan listrik awal.
Para peneliti baru-baru ini mengeksplorasi langkah lain, yaitu membuang separuh baterai sepenuhnya. Baterai terbuat dari katode dan anoda, yang masing-masing memiliki muatan listrik yang berbeda.
Baterai bebas anoda sepenuhnya mengabaikan kebutuhan akan anoda,
Sumber: Princeton University
Dalam analisis mereka terhadap teknologi bebas anoda saat ini, para peneliti Princeton berpendapat bahwa masalah utama untuk mengembangkan teknologi lebih jauh adalah kurangnya pemahaman mengenai efek mekanis dari siklus pengisian-pengosongan daya, lebih dari sekadar reaksi kimia.
Tantangan Solid-State
Pada baterai klasik, koneksi ke elektroda (anoda & katoda) relatif mudah, karena elektrolitnya berbentuk cair. Pada baterai solid-state, logam padat harus tetap bersentuhan dengan kolektor arus.
Jika ini tidak merata sempurna, area dengan kontak baik menjadi titik panas, sedangkan area dengan kontak buruk membentuk rongga.
Untuk memahami mengapa hal ini terjadi, para peneliti perlu memiliki pemahaman yang sempurna tentang proses rumit yang terjadi selama pengisian dan pengosongan baterai. Ini bukan hanya fenomena kimia, tetapi juga fenomena mekanis, dengan material yang berubah bentuk sedikit demi sedikit seiring waktu.
Pada makalah pertama, mereka menemukan bahwa tekanan dapat memainkan peran penting dalam bagaimana logam padat bereaksi.
Masalah Tekanan Rendah
Mikroskopi elektron pemindaian mengungkap bagaimana litium memiliki kontak permukaan yang meningkat seiring dengan peningkatan tekanan. Jadi, ini berarti bahwa tekanan yang terlalu rendah tidak cukup untuk memperbaiki kontak yang tidak merata yang disebabkan oleh ketidakteraturan permukaan tersebut.
Sumber: Publikasi ACS
Akhirnya, pelapisan yang tidak rata menyebabkan terbentuknya filamen logam tajam yang, seperti jarum kecil, dapat menembus elektrolit padat dan menyebabkan baterai mengalami korsleting.
Masalah Tekanan Tinggi
Meskipun tekanan tinggi dapat menghasilkan pelapisan dan pengupasan yang seragam, itu bukanlah solusi ajaib.
Para peneliti menemukan bahwa hal itu memaksa elektrolit dan pengumpul arus bersama-sama begitu kuat sehingga ketidaksempurnaan apa pun pada keduanya diperbesar hingga tekanan mekanis menyebabkan keretakan terbentuk.
Sumber: Publikasi ACS
Dengan menggunakan tomografi sinar-X, para peneliti berhasil memetakan retakan yang terbentuk di bawah tekanan tinggi.
Saat tekanan tumpukan meningkat dari 2 hingga 10 MPa, seluruh volume retakan bertambah. Banyak retakan meluas ke sisi elektroda lawan (Gambar 3b–e dan S10), dan satu dendrit litium yang mencapai elektroda lawan dapat menyebabkan korsleting.
Sumber: Publikasi ACS
Secara keseluruhan, menemukan titik optimal tekanan yang cukup rendah, tetapi kontak yang efisien akan menjadi tujuan akhir bagi industri baterai.
"Tujuan utama di area ini adalah mencari tahu cara mempertahankan kontak yang solid pada tekanan rendah karena memproduksi elektrolit tanpa cacat secara praktis mustahil. Jika kita ingin mewujudkan potensi baterai ini, kita harus mengatasi masalah kontak."
PR. Kelsey Hatzell – Profesor madya teknik mesin dan kedirgantaraan
Pelapisan Lebih Baik
Mencapai pelapisan yang lebih seragam adalah topik kertas kedua diterbitkan oleh tim Pr Hatzell dan kolaborator mereka di universitas dan laboratorium lain.
Mereka menemukan bahwa lapisan tipis pelapis antara kolektor arus dan elektrolit memfasilitasi pengangkutan ion yang lebih baik. Mereka menguji beberapa desain untuk pelapis ini.
Akhirnya, mereka menemukan bahwa pilihan terbaik adalah lapisan yang terbuat dari nanopartikel karbon dan perak. Perak dalam lapisan ini membentuk paduan dengan ion selama pengisian dan pengosongan baterai, sehingga memungkinkan pelapisan dan pelepasan yang merata dari kolektor arus.
Namun, detail tentang bagaimana partikel perak dibuat sangatlah penting. Saat menggunakan nanopartikel yang lebih besar yaitu 200nm (nanometer), mereka membentuk struktur logam yang tidak rata dan tipis pada kolektor arus. Hal ini mengurangi kapasitas dan akhirnya menyebabkan kegagalan baterai selama beberapa siklus pengisian daya.
Sumber: Material Energi Tingkat Lanjut
"Hanya beberapa kelompok yang telah menyelidiki proses sebenarnya yang terjadi di lapisan-lapisan ini. Di antara temuan lainnya, kami menunjukkan bahwa stabilitas sistem ini terkait dengan morfologi logam saat pelat dan strip dilepaskan dari kolektor arus."
Partikel perak 50 nm berkinerja jauh lebih baik, menciptakan struktur yang lebih padat dan lebih seragam, menghasilkan baterai dengan stabilitas lebih besar dan daya keluaran lebih tinggi.
“Temuan ini dapat memberikan informasi mengenai strategi pembuatan lapisan interlayer ini.
Dengan mengurangi ukuran partikel perak, kami dapat memastikan bahwa kami hanya memperoleh keuntungan dari perak di lapisan tengah, yang pada gilirannya, dapat memungkinkan kami untuk memperoleh kontak yang baik dan pelapisan yang seragam bahkan pada tekanan rendah.”
Membangun Baterai Solid-State yang Lebih Baik
Untuk waktu yang lama, konsep baterai solid-sate berjuang untuk keluar dari laboratorium dan sampai ke lantai pabrik, dengan produksi dalam skala besar.
Hal ini sekarang berubah, dengan negara-negara seperti China, Jepang, dan Korea Selatan memiliki rencana jangka pendek untuk memasarkan baterai solid-state.
Sebagai contoh:
- Samsung SDI (006400.KS) telah berjanji untuk mulai memproduksi baterai solid-state secara massal pada tahun 2027
- Hyundai (HYMTF) sedang mencari pada produksi massal pada tahun 2030
- Toyota (TM ) memiliki target produksi massal sebesar 2028, memperbarui target sebelumnya yaitu 2030.
“Tantangannya adalah membawa penelitian ke dunia nyata hanya dalam beberapa tahun. Semoga saja, pekerjaan yang kami lakukan sekarang di MUSIK (Pemahaman Mekaniko-Kimia tentang Konduktor Ion Padat) dapat mendukung pengembangan dan penerapan baterai generasi berikutnya dalam skala besar yang signifikan.”
PR. Kelsey Hatzell – Profesor madya teknik mesin dan kedirgantaraan]
Berinvestasi dalam Teknologi Baterai Canggih
Baterai merupakan pusat dari tren elektrifikasi, yang merupakan upaya besar bernilai triliunan dolar untuk menghilangkan bahan bakar fosil dari sumber listrik kita.
Anda dapat berinvestasi di perusahaan terkait baterai melalui banyak broker, dan Anda dapat menemukannya di sini sekuritas.io, rekomendasi kami untuk broker terbaik di Amerika Serikat, Kanada, Australia, Inggris, serta banyak negara lainnya.
Jika Anda tidak tertarik untuk memilih perusahaan baterai tertentu, Anda juga dapat melihat ETF baterai Amplifikasi Teknologi Lithium & Baterai ETF (BATT), Global X ETF Teknologi Lithium & Baterai (LIT), Atau Solusi Baterai WisdomTree UCITS ETF, yang akan memberikan eksposur yang lebih terdiversifikasi untuk memanfaatkan industri baterai yang sedang berkembang.
Perusahaan Baterai Solid-State
QuantumScape
(QS )
Sejak didirikan pada tahun 2010, Californian Quantum Scape telah menjadi perusahaan rintisan terkemuka di bidang baterai solid-state, luar biasa karena langkahnya memasuki bidang ini sejak awal, dan independensinya dari produsen baterai yang lebih besar yang juga mengejar teknologi solid-state, seperti CATL (300750.SZ), Samsung, atau LG Energy Solution (373220.KS).
Sumber: QuantumScape
Salah satu fitur unik baterai QuantumScape, yang pada saat itu dianggap revolusioner, adalah penggunaan desain bebas anoda. Desain ini memungkinkan pengisian cepat sekitar 15 menit (10-80% pada suhu 45 ºC) dan pemisahnya tidak mudah terbakar.
Sumber: QuantumScape
Hal ini juga menempatkan baterai QuantumScape pada liganya sendiri dalam hal kepadatan energi dan kecepatan pengisian daya, jauh mengungguli para pemimpin seperti Tesla (baik yang didesainnya sendiri maupun yang dibuat CATL).
Sumber: QuantumScape
Namun, kinerja luar biasa ini kerap terhambat oleh kesulitan untuk meningkatkan produksi. Hal ini juga memaksa perusahaan menghabiskan uang tunai, yang mengakibatkan dilusi investor sebelumnya dan penurunan harga saham.
Hal ini tampaknya berubah, karena perjanjian 2024 dengan PowerCo, divisi baterai Grup Volkswagen, untuk kesepakatan lisensi untuk desain dan produksi massal baterai QuantumScape oleh PowerCo.
Berdasarkan kesepakatan lisensi non-eksklusif, PowerCo dapat memproduksi hingga 40 gigawatt-jam baterai kendaraan listrik per tahun, dengan opsi untuk memperluas hingga 80 GWh per tahun.
Peningkatan produksi QuantumScape secara tiba-tiba tampaknya terkait dengan Cobra, perusahaan peralatan pemisah baterai solid-state generasi berikutnya, sebuah terobosan dalam pembuatan keramik.
Secara keseluruhan, Cobra harus diintegrasikan ke dalam produksi pada tahun 2025 dan EV pertama yang menggunakan baterai QuantumScape harus diproduksi pada tahun 2026.
Sumber: QuantumScape
Ini bisa menjadi titik balik bagi perusahaan, berubah 16 tahun setelah didirikan dari perusahaan rintisan yang menjanjikan dengan IP yang menarik menjadi perusahaan yang menghasilkan pendapatan yang terus bertambah dari kemitraan dengan salah satu produsen mobil terbesar di dunia.
Sementara itu, investor masih harus menunggu beberapa volatilitas pada harga saham, tetapi dengan harapan di ujung terowongan pengembangan produk.
Terbaru di QuantumScape
Referensi Studi:
1. Taman Se Hwan, dan lain-lain (2025) Kegagalan Akibat Filamen pada Baterai Solid-State Tanpa Reservoir Litium. Surat Energi ACS. Februari 22, 2025 https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsenergylett.5c00004
2. Taman Se Hwan, dan lain-lain (2024). Kinetika Litium dalam Lapisan Berpori Ag–C dalam Baterai Solid-State Bebas Reservoir. Bahan Energi Canggih. 19 Desember 2024 https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202405129
3. Stephanie Elizabeth Sandoval, dkk. (2025). Elektrokimia-mekanika baterai solid-state tanpa anoda. Bahan Alam. 02 Januari 2025 https://www.nature.com/articles/s41563-024-02055-z
