Lithium-sulfur Battery

TUGAS

Mata kuliahKapita Selekta Material Elektronik

Di Susun Oleh:

Mega Silvia Lestari

20214027

(Program Studi Fisika)

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Teknologi Bandung

2015

A. Litium

Litium adalah suatuunsur kimiadalamtabel periodikyang memiliki lambangLidannomor atom3. Unsur ini termasuk dalamlogam alkalidengan warna putih perak. Dalam keadaanstandar, litium adalahlogampaling ringan sekaligus unsur dengan densitas (massa jenis) paling kecil.

Gambar 1. Lithium

(sumber: http://lithiuminvestingnews.com/lithium/)Seperti logam-logam alkali lainnya, litium sangat reaktif dan terkorosidengan cepat dan menjadi hitam di udara yanglembap. Oleh karena itu, logam litium biasanya disimpan dalam wadah yang di isi minyakanhidrat. Menurut teorinya, litium (kebanyakan7 Li) adalah salah satu dari sedikit unsur yang disintesis dalam kejadiandentuman besarwalaupun kelimpahannya sudah jauh berkurang. Sebab-sebab menghilangnya litium dan proses pembentukan litium yang baru menjadi topik penting dalamastronomi. Litium adalah unsur ke-33 paling melimpah dibumi, namun oleh karenareaktivitasnyayang sangat tinggi membuat unsur ini hanya bisa ditemukan di alam dalam keadaan bersenyawa dengan unsur lain.

Litium ditemukan di beberapamineralpegmatit, namun juga bisa didapatkan dariair asin danlempung. Pada skala komersial, logam litium didapatkan denganelektrolisisdari campuranlitium kloridadankalium klorida. Sekelumit litium terdapat dalamsamuderadan pada beberapa organisme walaupun unsur ini tidak berguna pada fungsi biologis manusia. Walaupun demikian, efek neurologi dari ion litium Li+membuatgaramlitium sangat berguna sebagai obat penstabilan hati. Litium dan senyawa-senyawanya mempunyai beberapa aplikasi komersial, meliputi keramikdangelastahan panas,aloidengan rasio kekuatan berbanding berat yang tinggi untukpesawat terbang, dan baterai litium. Litium juga memiliki tempat yang penting dalamfisika nuklir.B. Sulfur Sulfur merupakan elemen penting bagi semua kehidupan, dan secara luas digunakan dalam proses biokimia. Dalam reaksi metabolik, senyawa sulfur berfungsi sebagai bahan bakar baik dan pernafasan (oksigen-menggantikan) bahan untuk organisme sederhana. Sulfur dalam bentuk organik hadir di biotin vitamin dan tiamin.

Gambar 2. Sulfur

(Sumber: http://www.theodoregray.com/PeriodicTable/Elements/016.s8.html)

Unsur sulfur memiliki kapasitas teoritis lebih tinggi (1.672 mAhg-1) dan energi spesifik (2600 Whkg-1) dan terdapat banyak di alam serta ramah ligkungan. Belerang merupakan bagian penting dari banyak enzim dan juga dalam molekul antioksidan seperti glutathione dan thioredoxin. Belerang organik terikat adalah komponen dari semua protein, sebagai asam amino sistein dan metionin. Ikatan disulfida sebagian besar bertanggung jawab untuk kekuatan mekanik dan terpecahkannya keratin protein, yang ditemukan di kulit terluarnya, rambut, dan bulu sulfur.

C. Lithium-sulfur Battery

Seiring meningkatnya jumlah perangkat mobile, permintaan untuk baterai isi ulang yang ringan namun tahan lama juga turut meningkat. Perkembangan baterai lithium-ion hampir sudah tidak lagi memungkinkan, para ahli kini beralih ke perangkat penyimpanan listrik baru yang lebih menjanjikan, yakni baterai lithium-sulfur.

Tim yang dipimpin oleh Profesor Thomas Bein dari LMU Munich di Jerman, dan Linda Nazar dari Waterloo University di Kanada telah mengembangkan nanopartikel karbon berpori yang memanfaatkan molekul sulfur untuk mencapai efisiensi optimum baterai.

Dalam prototipe baterai lithium-sulfur, senyawa elektroda lithium ion diganti dengan lithium-sulfur dan lithium karbon. Sulfur memainkan peran khusus dalam sistem ini. Dalam keadaan optimal, ia dapat menyerap dua ion lithium per atom belerang. Oleh karena itu Lithium-Sulfur menjadi sebuah penyimpanan bahan energi yang sangat baik karena bobotnya yang ringan.

Gambar 3. Komponen Baterai Lithium-Sulfur

Sumber: http://androiddalamberita.blogspot.com/2015/01/smartphone-futurolog-ilmu-di-balik.html

Namun disisi lain, belerang adalah konduktor yang buruk, ia memerlukan waktu lebih lama saat diisi ulang. Masalah ini dapat diatasi dengan penggunaan bahan konduktor nanokonstruktif yang tengah dikembangkan oleh lembaga Nanosystems Initiative Munich. Sulfur sangat mudah diakses oleh listrik dan nanopartikel karbon yang sangat berpori dan stabil memungkinkan kita dapat mencapai kapasitas awal yang lebih tinggi dari 1200 mAh/g. Dengan demikian pentingnya nano-morfologi untuk pelaksanaan konsep penyimpanan energi baru ini.

Baterai Litium-sulfur memiliki kerapatan energinya yang lebih baik. Hal ini terbukti setelah sebagian ilmuwan diOak Ridge National Laboratory(ORNL) mengembangkan baterai lithium sulfur yang mampu menyimpan empat kali lebih banyak dibanding lithium ion dan bahkan lebih murah serta aman.

Salah satu kendala pengembangan baterai jenis ini adalah larutan elektrolit yang sangat konduktif. Begitu konduktifnya, hingga baterai menjadi lebih cepat rusak. Masalah tersebut kini bisa diatasi oleh para ilmuwan di Oak Ridge National Laboratory. Alih-alih menggunakan elektrolit cair, mereka memilih menggunakan elektrolit padat.

Chengdu Liang, yang memimpin tim ilmuwan tersebut menambahkan bahwa sulfur secara praktis bisa didapatkan dengan gratis. Sulfur yang digunakan adalah produk samping pada pemrosesan minyak bumi.

Saat uji coba laboratorium, 1 gram lithium sulfur mampu menyimpan energi sebesar 1.200 mAh, sedangkan baterai lithium ion saat ini hanya mampu menyimpan 140-170 mAh per gramnya. Karena tegangan baterai lithium sulfur hanya setengah dari lithium ion, maka peningkatan kapasitas sebesar delapan kali lipat, diterjemahkan sebagai peningkatan kerapatan energi sebesar empat kali lipatnya.

Selain karena sulfur mudah didapatkan dan menjadikan baterai lithium sulfur lebih murah, dengan elektrolit padat baterai tersebut menjadi tidak mudah terbakar. Teknologi baterai baru ini cukup menjanjikan, tetapi aplikasinya di berbagai produk seperti laptop, handphone, mobil listrik, pesawat listrik, pembangkit listrik energi terbarukan dan sebagainya masih harus bersabar menunggu matangnya baterai baru tersebut.

Kelebihan dari baterailithium-sulfur baru ini adalah bahwa baterai ini bisa menyimpan dua kali lebih banyak daya dibandingkan baterai konvensional dalam ruang yang sama. Baterai lithium-sulfur suatu saat nanti bahkan akan meraih densitas energi hingga 600 watt-hours per kilogram (Wh/kg).

Bandingkan dengan baterailithium-ionyang digunakan sekarang ini yang memiliki densitas daya maksimum hanya 250 Wh/kg. Kekurangannya adalah bahwa sistem seperti itu sejauh ini hanya memiliki 50-200 siklus isi ulang. Mereka harus dapat meningkatkan angka itu jauh lebih banyak.

Inilah apa yang akan diubah para ilmuwan. Mereka telah mengembangkan desain baru yang meningkatkan siklus isi ulang baterai lithium-sulfur dengan faktor tujuh. Kombinasi material anoda dan katoda khusus memungkinkan kami memperpanjang umurbuttoncell(baterai kecil satu sel) hingga 1400 siklus, menurut Dr. Holger Althues, kepala Chemical Surface Technology di IWS, atas terobosan timnya. Anoda dari prototip timnya tidak terbuat dari lithium metalik biasa, tapi dari campuran silikon-karbon. Dan untuk meningkatkan stabilitas katoda sulfur, ilmuwan menggunakan karbon berlubang.

Namun untuk saat ini, baterai baru ini masih banyak memiliki kelemahan, beberapa diantaranya adalah masalah bobotdan soal pengisian. Bobot dari baterai Lithium Sulfur lebih berat beberapa kali dari baterai Lithium Ion. Dan untuk masalah pengisian, baterai baru ini juga membutuhkan waktu yang sangat lama untuk mengisinya hingga terisi penuh. Kendati begitu, kedepannya pasti akan ada pengembangan terus-menerus pada baterai Lithium Sulfur ini guna mendapatkan sumber daya yang tahan lama untuk smartphone masa depan. Mengingat kebutuhan pengguna pun sangat beragam.Referensi:

1. http://selular.id/news/2014/10/lithium-sulfur-solusi-baterai-isi-ulang-di-masa-depan/2. http://www.planethijau.com/mod.php?mod=publisher&op=viewarticle&cid=65&artid=17773. http://www.mmindustri.co.id/konsep-konsep-baru-elektroda/4. http://iptekini.com/archives/366/lithium-sulfur-bisakah-geser-baterai-lithium-ion