Baterai natrium-ion yang banyak digunakan yang dikembangkan oleh pabrikan Tiongkok Hina telah mencapai tingkat kinerja dan kualitas manufaktur yang sebanding dengan baterai lithium-ion Tesla, menurut sebuah penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Cell Press. Laporan Seluler Ilmu Fisika.
Hasilnya menunjukkan bahwa teknologi natrium-ion bisa menjadi alternatif yang lebih murah untuk kendaraan listrik masa depan dan sistem penyimpanan energi skala besar. Namun, untuk mencapai tujuan ini, baterai perlu lebih meningkatkan pengisian suhu rendah dan kepadatan energinya. Tidak seperti litium, natrium berlimpah dan mudah didapat, menjadikannya bahan yang menarik untuk mengurangi biaya baterai dan masalah rantai pasokan.
“Kombinasi antara keseragaman yang baik, kapasitas daya yang tinggi, dan kinerja suhu rendah yang kuat menjadikan sel-sel ini menarik untuk penyimpanan stasioner, layanan jaringan listrik, dan utilitas atau kendaraan jarak pendek di mana potensi pengurangan biaya dan ketersediaan sumber daya lebih penting daripada jangkauan maksimum,” kata Moritz Schütte, peneliti baterai di RWTH Aachen University di Jerman.
Perbandingan baterai sodium-ion dengan teknologi Tesla
Untuk mengevaluasi baterai Hina, Schütte dan rekannya memeriksa 120 sel ion natrium menggunakan spektroskopi impedansi, sebuah metode nondestruktif yang mengukur keseragaman baterai.
Para peneliti kemudian menguji sel-sel tersebut dalam berbagai kondisi operasi dunia nyata. Kinerja diukur pada berbagai tingkat arus dan suhu mulai dari −20°C hingga 45°C. Tim juga menggunakan sinar-X untuk memeriksa bagian dalam baterai sebelum membongkarnya untuk menganalisis dimensi elektroda, komposisi material, dan fitur struktur mikroskopis.
Penemuan penting adalah desain baterai, tanpa meja, dengan pengumpul arus aluminium ganda. Konfigurasi ini membantu mengurangi hambatan listrik dan mendorong distribusi suhu yang lebih seragam ke seluruh sel. Para peneliti mencatat bahwa desain ini sangat mirip dengan arsitektur yang saat ini digunakan pada baterai Tesla.
“Kami sangat terkejut dengan keseragaman sel,” jelas Schütte.
Kekuatan dan tantangan yang tersisa
Meskipun terdapat hasil yang menggembirakan, para peneliti mengidentifikasi beberapa area di mana baterai natrium-ion masih tertinggal dibandingkan teknologi lithium-ion yang canggih.
“Performa daya tinggi lebih baik daripada yang diharapkan dari produk natrium-ion komersial pertama,” kata Schütte. “Namun, untuk aplikasi yang sering memerlukan pengisian daya pada suhu lingkungan rendah, manajemen termal atau strategi pengoperasian yang tepat akan menjadi penting, karena pengisian daya pada suhu rendah tetap menjadi kelemahan yang jelas.”
Tim juga mendeteksi konsentrasi tembaga yang sangat tinggi di wilayah tertentu pada katoda baterai. Selain itu, tembaga tersebar tidak merata di wilayah ini.
Menurut Schütte, penemuan ini “menimbulkan pertanyaan menarik tentang perannya dalam kinerja dan penuaan.”
“Akan sangat menarik melihat teknologi natrium-ion di masa depan tanpa nikel atau tembaga, sekaligus mencapai kepadatan energi yang kompetitif,” katanya.
Mengapa natrium penting untuk baterai masa depan
Karena natrium jauh lebih melimpah dan tersedia secara luas dibandingkan litium, produsen berpotensi mengurangi biaya bahan mentah sekaligus mengurangi risiko rantai pasokan jangka panjang.
Baterai natrium-ion juga mempertahankan kinerja yang kuat di bawah beban dalam kondisi dingin, menjadikannya menarik untuk sistem penyimpanan energi stasioner dan aplikasi seluler yang beroperasi di iklim dingin.
“Namun, sel natrium-ion komersial saat ini umumnya memiliki kepadatan energi yang lebih rendah dibandingkan sel lithium-ion terbaik, dan teknologinya secara keseluruhan kurang matang,” kata Schütte.
Langkah selanjutnya dalam penelitian ion natrium
Para peneliti berencana untuk fokus pada peningkatan kinerja pengisian daya pada suhu rendah, dengan tujuan memungkinkan pengisian daya yang lebih aman dan efisien di bawah 0°C.
Pekerjaan tambahan juga akan mencari cara untuk mengoptimalkan bahan yang digunakan dalam baterai natrium-ion.
“Kemajuan dalam anoda karbon keras dan formulasi elektrolit bisa sangat menjanjikan,” katanya.
Studi ini didukung oleh Kementerian Federal Riset, Teknologi, dan Antariksa serta Kementerian Federal Urusan Ekonomi dan Energi.
