Baterai litium-udara

Baterai litium-udara (Li-udara) adalah sel elektrokimia logam-udara atau baterai kimia yang menggunakan oksidasi litium di anoda dan reduksi oksigen di katode untuk menginduksi arus listrik.Badwal, Sukhvinder P. S.; Giddey, Sarbjit S.; Munnings, Christopher; Bhatt, Anand I.; Hollenkamp, Anthony F. (24 September 2014). "Emerging electrochemical energy conversion and storage technologies". Frontiers in Chemistry. 2: 79. doi:10.3389/fchem.2014.00079. PMC 4174133. PMID 25309898.

Memasangkan lithium dan oksigen secara teoretis dapat menyebabkan sel-sel elektrokimia dengan energi spesifik setinggi mungkin. Memang, energi spesifik teoretis dari baterai Li-udara yang merupakan larutan tidak berair, dalam kondisi terisi dengan produk Li2O2 dan tidak termasuk massa oksigen, adalah ~ 40,1 MJ/kg. Ini sebanding dengan energi spesifik teoretis dari bensin, ~ 45 MJ/kg.

Kemajuan elektrolit yang signifikan diperlukan untuk mengembangkan implementasi komersial.Christensen, J.; Albertus, P.; Sanchez-Carrera, R. S.; Lohmann, T.; Kozinsky, B.; Liedtke, R.; Ahmed, J.; Kojic, A. (2012). "A Critical Review of Li–Air Batteries". Journal of the Electrochemical Society. 159 (2): R1. doi:10.1149/2.086202jes. Empat pendekatan aktif: aprotik,Younesi, Reza; Veith, Gabriel M.; Johansson, Patrik; Edström, Kristina; Vegge, Tejs (2015). "Lithium salts for advanced lithium batteries: Li–metal, Li–O 2, and Li–S". Energy Environ. Sci. 8 (7): 1905–1922. doi:10.1039/c5ee01215e.Ogasawara, T.; Débart, A. L.; Holzapfel, M.; Novák, P.; Bruce, P. G. (2006). "Rechargeable Li2O2Electrode for Lithium Batteries". Journal of the American Chemical Society. 128 (4): 1390–1393. doi:10.1021/ja056811q. PMID 16433559.Debart, A; Bao, J; et al. (2008). "α-MnO2 Nanowires: A Catalyst for theO2 Electrode in Rechargeable Lithium Batteries". Angew. Chem. 47 (24): 4521–4524. doi:10.1002/anie.200705648. PMID 18461594. berair,He, P.; Wang, Y.; Zhou, H. (2010). "A Li–air fuel cell with recycle aqueous electrolyte for improved stability". Electrochemistry Communications. 12 (12): 1686–1689. doi:10.1016/j.elecom.2010.09.025. padat,Kumar, B.; Kumar, J.; Leese, R.; Fellner, J. P.; Rodrigues, S. J.; Abraham, K. M. (2010). "A Solid-State, Rechargeable, Long Cycle Life Lithium–Air Battery". Journal of the Electrochemical Society. 157: A50. doi:10.1149/1.3256129. dan campuran berair-aprotik.Wang, Yonggang (2010). "A lithium–air battery with a potential to continuously reduce O2 from air for delivering energy". Journal of Power Sources. 195 (1): 358–361. doi:10.1016/j.jpowsour.2009.06.109.

Baterai logam-udara, khususnya seng-udara, telah mendapat perhatian karena berpotensi kerapatan energi yang tinggi. Kerapatan energi spesifik teoretis untuk baterai logam-udara lebih tinggi daripada metode berbasis ion. Baterai litium-udara secara teoretis dapat mencapai 3840 mA·h/g.Kumar, B.; Kumar, J. (2010). "Cathodes for Solid-State Lithium–Oxygen Cells: Roles of Nasicon Glass-Ceramics". Journal of the Electrochemical Society. 157 (5): A611. doi:10.1149/1.3356988.

Penggerak pasar utama untuk baterai adalah sektor otomotif. Kerapatan energi bensin adalah sekitar 13 kW·h/kg, yang menghasilkan energi 1.7 kW·h/kg yang diberikan ke roda setelah mengalami kehilangan energi. Secara teoretis, litium-udara dapat mencapai 12 kW·h/kg (43,2 MJ/kg) tidak termasuk massa oksigen. Menghitung berat paket baterai lengkap (pembungkus, saluran udara, substrat litium), sementara litium saja sangat ringan, kepadatan energinya jauh lebih rendah.Girishkumar, G.; McCloskey, B.; Luntz, A. C.; Swanson, S.; Wilcke, W. (2010). "Lithium−Air Battery: Promise and Challenges". The Journal of Physical Chemistry Letters. 1 (14): 2193–2203. doi:10.1021/jz1005384.

Hingga 2016, baterai Li-udara berpotensi memiliki energi spesifik 5–15 kali dari baterai Li-ion.Ed. Jurgen O. Besenhard, Handbook of Battery Materials, New Your, Wiley-VCH, 1999, ISBN 3-527-29469-4.

 Desain 
jmpl|Skema siklus pengisian dan pengosongan baterai litium-udara
Secara umum ion litium bergerak antara anode dan katode melintasi elektrolit. Dalam pelepasan, elektron mengikuti sirkuit eksternal untuk melakukan pekerjaan listrik dan ion litium bermigrasi ke katode. Selama pengisian pelat logam litium ke anode, membebaskan  di katode.Xu, K. (2004). "Nonaqueous Liquid Electrolytes for Lithium-Based Rechargeable Batteries". Chemical Reviews. 104 (10): 4303–417. doi:10.1021/cr030203g. PMID 15669157. Kedua jenis baterai Li-O2 yang berupa larutan tidak berair McCloskey, Burke et al. 2015 (dengan Li2O2 atau LiO2 sebagai produk pelepasan) dan larutan berair (LiOH sebagai produk pelepasan) telah dipertimbangkan.Balaish, Kraytsberg, et al. 2014Imanishi and Yamamoto 2014

 Anoda 
Logam litium adalah material yang biasanya dipilih untuk anode. Di anode, gaya potensial elektrokimia memaksa litium untuk melepaskan elektronnya melalui oksidasi (tanpa melibatkan oksigen di katode). Setengah reaksinya adalah:

Li ⇌ Li+ + e−

Litium memiliki kapasitas spesifik yang terbilang tinggi (3840 mAh/g) jika dibandingkan dengan material logam-udara lainnya (820 mAh/g untuk Seng, 2965 mAh/g untuk aluminium). Beberapa masalah memengaruhi sel seperti itu. Tantangan utama dalam pengembangan anode adalah mencegah anodanya bereaksi dengan elektrolit. Alternatif lain termasuk material elektrolit baru atau merancang ulang antarmuka antara elektrolit dan anode. Anode litium memiliki risiko penimbunan dendrit litium yang mengurangi kapasitas energi atau memicu hubungan arus pendek. Efek dari ukuran pori-pori dan distribusinya masih belum begitu dipahami.

 Referensi 

Kategori:Baterai logam-udara