Apa saja berbagai jenis bahan katoda?

Bahan katoda biasanya merupakan faktor pembatas dalam hal membuat baterai lithium-ion yang andal.Dengan baterai yang dapat diisi ulang dalam penggunaan yang terus meningkat, para ilmuwan terus mencari bahan katoda yang menggabungkan output tinggi dengan operasi yang aman.Berbagai bahan digunakan, tergantung pada aplikasinya.Baterai untuk peralatan konsumen telah lama menggunakan kobalt oksida sebagai bahan katoda utama mereka, dan zat besi fosfat diminati untuk baterai mobil listrik.

Kualitas yang diinginkan dalam bahan katoda adalah bahwa mereka melibatkan reaksi reversibel yang dapat menghasilkan baterai yang dapat diperbaiki, dan bahwa iniReaksi tidak menyebabkan perubahan fase di antara bahan apa pun yang terlibat.Energi ekstra yang diperlukan untuk mengubah bahan antara fase gas, cair dan padat membuatnya tidak praktis untuk merancang baterai yang melibatkan perubahan seperti itu.Versi awal baterai lithium yang dapat diisi ulang menggunakan sulfur cair sebagai katoda, dikelilingi oleh garam cair yang 842 derajat Fahrenheit (450 derajat Celcius).Baterai ini dapat memberikan output tinggi, tetapi menjaga bahan cair terpisah terlalu banyak masalah.Para peneliti telah mencari metode praktis menggunakan belerang sebagai bahan katoda.

Salah satu kesulitan dalam mengembangkan bahan katoda yang lebih baik adalah volatilitas yang melekat.Agar baterai berfungsi, katoda perlu memiliki muatan listrik yang kuat sehubungan dengan elektroda lain, anoda.Ini membutuhkan zat dengan kandungan oksigen tinggi.Bahan seperti itu berpotensi sangat mudah terbakar, terutama bila dikombinasikan dengan panas yang sering dikaitkan dengan reaksi kimia yang terjadi dalam baterai.

Ini adalah salah satu alasan minat senyawa sulfur untuk katoda.Sulfur memiliki kualitas listrik oksigen tanpa volatilitasnya.Masalah dengan senyawa sulfur adalah bahwa mereka menghasilkan katoda dengan rentang hidup yang lebih pendek, karena reaksi kimianya meninggalkan produk sampingan yang larut ke dalam bahan elektrolit yang memisahkan dua elektroda.

Pada awal 1970 -an, kelompok senyawa baru muncul yang menarik perhatian dariPara peneliti yang telah menyerah pada gagasan menggunakan belerang cair.Yang paling ringan dari senyawa -senyawa ini, titanium disulfida, biasanya digunakan selama dekade ini.Itu diganti pada sekitar 1980 oleh lithium cobalt oxide, yang menghasilkan baterai lithium-ion pertama yang benar-benar sukses.

Kobalt oksida adalah bahan katoda dominan di pasar dan umumnya digunakan dalam baterai yang dapat diisi ulang dari ponsel dan komputer laptop.Dalam peralatan medis seperti defibrillator jantung, perak vanadium oksida umumnya digunakan untuk katoda.Jenis baterai ini memiliki perak sebagai produk sampingan dari reaksi kimianya, dan ini meningkatkan konduktivitas baterai.

Besi fosfat, dan pada tingkat yang lebih rendah lithium titanate, telah menarik perhatian dari produsen mobil sebagai bahan katoda potensial untuk baterai mobil listrik.Salah satu alasan untuk ini adalah karena baterai dengan katoda yang terbuat dari senyawa ini dapat dengan cepat diisi hanya dalam waktu 10 menit.Sel dengan katoda yang terbuat dari nikel memiliki kepadatan energi tertinggi.Kepadatan energi yang tinggi ini berarti bahwa mereka secara inheren tidak seaman besi fosfat atau lithium titanate baterai.