Tanya-Jawab Awam Tentang Baterai (VII)

Halo, wise-reader sekalian! Saya asumsikan kalian sudah sempat baca artikel tanya-jawab awam tentang baterai part 6 yang rilis beberapa waktu lalu. Senang sekali bisa melanjutkan obrolan santai kita tentang teknologi baterai. Kali ini, kita akan sedikit lebih dalam menyelami Solid-State Battery (SSB), teknologi yang sering disebut-sebut sebagai masa depan kendaraan listrik karena digadang-gadang lebih aman, meski masih memiliki berbagai tantangan. Mari kita bahas beberapa pertanyaan teknis yang muncul saat webinar yang diadakan oleh Batteries European Partnership Association (BEPA), bertajuk “BATT4EU Success Stories – 5th Edition” bulan lalu.

Seberapa penting ketebalan solid-state electrolyte?

Menarik sekali pertanyaan yang dilontarkan oleh salah satu peserta webinar yang memiliki background dari industri nonbaterai.

Ketebalan separator sebagai acuan

Nah, layaknya jalan tol, elektrolit dan separator (pada sistem elektrolit cair) adalah penghubung cepat bagi ion-ion Li⁺ (jika menggunakan Li-ion). Jika kita lihat dari kebanyakan ketebalan separator di pasaran, contohnya Celgard^®. Beberapa tipe yang umum adalah:

• Celgard^® berbahan polypropylene (PP) satu lapis: sekitar 25 µm
• Celgard^® berbahan polypropylene/polyethylene/polypropylene (PP/PE/PP) tiga lapis: sekitar 15-16 µm
• Celgard^® berbahan PP/PE/PP tiga lapis dengan tambahan pelapis material lain (biasanya keramik) di permukaannya: sekitar 18-20 µm
• Pilihan tipe lain: Satu lapis atau tiga lapis yang diproses dengan metode co-extrusion bisa mencapai ketebalan kurang dari 15 µm.

Sedikit informasi, mengapa harus ada yang dilapisi bahan keramik? Biasanya, untuk kebutuhan safety improvement atau tambahan fitur keamanan, entah itu berupa temperatur tinggi maupun perlindungan khusus, elektrolit yang digunakan juga khusus. Yang pasti, fungsi utama separator (+elektrolit) adalah jalan tol untuk ion, tapi harus mampu mencegah elektron berpindah melewati mereka. Karena perpindahan elektron harus terjadi di media konduktor di luar sistem baterai.

Kontrol ketebalan solid-state electrolyte dan elektroda baterai

Apa hubungan ketebalan separator dengan pertanyaan di atas? Jika kita ingin mendesain elektrolit padat yang memiliki kemampuan untuk menjadi pengganti elektrolit cair dan separator, maka bisa dibayangkan ketebalannya harus dikontrol dan diatur sedemikian rupa. Setidaknya tidak boleh terlalu jauh dari ketebalan separator, bukan? Itulah sebabnya pengaturan ketebalan solid-state electrolyte sangat krusial.

Nah, kalau untuk elektroda, meski kontrol tetap harus diberlakukan, ada sedikit beda cerita. Terdapat aturan khusus yang perlu dipenuhi berupa perbandingan kapasitas (lewat pengaturan ketebalan) antara anoda dan katoda. Biasanya, di artikel ilmiah disebut N/P ratio. Cara hitungnya seperti apa? Silakan menuju ke artikel ini (PDF halaman 2). Penjelasannya lumayan ringkas dan mudah dipahami. Meski di sana pakai areal capacity, setidaknya tidak terlalu jauh beda jika diaplikasikan untuk gravimetric capacity. Nah, untuk standar Li-metal anode yang diaplikasikan di industri, bisa dicek di artikel ini (section 6.1).

Conditioning cycles di awal (pasca assembly)

Pertanyaan berikutnya juga tak kalah menarik. Memang di sistem elektrolit cair conditioning cycles (atau formation cycles) dan degassing mutlak diperlukan sebagai prosedur utama sebelum baterai dijual atau didistribusikan. Lalu apakah masih penting untuk solid-state electrolyte?

Wise-reader sekalian masih ingat penjelasan di subtopik “Tentang lapisan SEI/CEI” di tanya-jawab awam tentang baterai part 6? Nah, hal tersebut masih mutlak diperlukan meskipun sistemnya berganti ke elektrolit padat. Kalau kalian perhatikan di video paling atas atau menuju ke sini dan segera menuju ke menit 00:32:18, kalian akan menemukan jawabannya.

Formation cycles bertujuan untuk meningkatkan kontak antarmuka dari elektroda (baik anoda maupun katoda) dengan solid-state electrolyte. Dan ada kemungkinan besar bahwa stabilisasi lapisan antarmuka (bisa dari sisi SEI atau CEI) berkontribusi besar untuk mengurangi impedansi (impedance) dalam sistem.

Jelas ya, meski sistemnya elektrolit padat, formation cycles tidak boleh dihilangkan.

Penerapan solid-state electrolyte di baterai komersial

Kalau pertanyaan ini sepertinya tidak hanya muncul di saat webinar, tapi juga sering di tongkrongan.

Sebelumnya, perlu diluruskan dulu bahwa sistem baterai elektrolit padat ini tidak terlalu bergantung pada katoda dan anodanya. Jadi mau itu katodanya LFP, NMC, NCA, LMNO, dll., atau anodanya Li-metal, full Si-anode, Si-grafit, dll., kalau ingin dipaksa untuk masuk ke sistem elektrolit padat ya bisa saja.

Bahkan di lab-lab kecil-menengah-besar di seantero Bumi maupun di lab R&D perusahaan baterai atau kendaraan listrik, mereka sudah memulai mengaplikasikan sistem elektrolit padat sebagai solusi produk jangka menengah (dan panjang) mereka. Sangat disarankan untuk wise-reader sekalian, yang tertarik dengan ini, segera menuju ke 2025 Annual Battery Report yang dirilis Volta Foundation di awal tahun 2026. Beruntung, penulis juga merupakan kontributor mayor dalam laporan tersebut (topik solid-state battery, halaman 367-386). Di sana, kalian akan menemukan bahwa kebanyakan dari industry players di bidang baterai dan EV menargetkan 2027-2030++ sebagai momentum implementasi atau perilisan produk baterai dengan sistem elektrolit padat mereka.

Epilog edisi ketujuh

Terima kasih kepada semua pihak yang sampai saat ini masih terus menginspirasi hadirnya seri artikel “Tanya-Jawab Awam Tentang Baterai”. Baik para wise-reader maupun pemberi pertanyaan-pertanyaan menarik untuk diulas. Pertanyaan itulah yang menjadi pemantik bagi penulis untuk terus belajar menjelaskan hal-hal kompleks kepada masyarakat dan komunitas di luar bidang ini secara lebih sederhana dan mudah dipahami.

Seperti biasa, jika ada pertanyaan awam tentang baterai, jangan sungkan untuk disampaikan melalui kolom komentar website ini. Atau bisa melalui kanal-kanal diskusi MATCHA ROOM^® (WhatsApp/Telegram) maupun media sosial penulis.