Anoda Grafit

Bahan Anoda Grafit

Mengapa Memilih Grafit untuk Anoda?

Grafit telah dikenal sebagai salah satu bahan anoda yang paling banyak digunakan dalam baterai lithium-ion karena konduktivitas elektroniknya yang tinggi dari cangkokan curah dan permukaannya, serta stabilitas elektrokimianya selama proses interkalasi/deinterkalasi yang melibatkan (de)sisipan ion Li- selama siklus. Hal ini penting untuk baterai yang tahan lama karena ini berarti ion litium dapat mengisi struktur grafit tanpa merusaknya. Selain itu, grafit jauh lebih ringan dan lembam secara kimiawi dibandingkan dengan baja atau zat lain. Bahkan, anoda grafit lebih disukai daripada elektroda lembam lainnya.

Pentingnya Konduktivitas

Alasan memilih grafit untuk anoda adalah karena grafit adalah konduktif yang baik; Selama proses pengisian atau pengosongan, elektron dapat bergerak bebas dalam grafit. Hal ini akan mempertahankan muatan baterai untuk memasok daya bagi setiap kerangka kerja yang diandalkan. Ini adalah kuncinya, karena tanpa konduktivitas grafit yang luar biasa, baterai tidak akan bisa berfungsi.

Grafit dalam Baterai Lithium-Ion

Anoda grafit sangat diperlukan untuk baterai lithium-ion. Saat mengisi daya, ion litium disisipkan di antara lapisan grafit. Saat dilepaskan, ion-ion tersebut akan kembali ke katoda, di mana gerakan ini menghasilkan arus listrik yang dapat digunakan untuk memberi daya pada gadget Anda. Kemampuan grafit untuk menyimpan energi listrik dalam jumlah besar secara reversibel menjadikannya reservoir yang sangat diperlukan untuk menyimpan dan melepaskan listrik dalam baterai Li-ion.

Baterai Lithium-Ion vs Baterai Grafit

Perbedaan paling signifikan yang memisahkan baterai grafit dari baterai lithium-ion terletak pada bahan anoda. Tidak seperti baterai tradisional baterai lithium-ionbeberapa teknologi baru menggunakan silikon (bukan hanya grafit) sebagai bahan anoda. Di antara dua pekerja keras ini, grafit menang dalam hal siklus hidup, sedangkan silikon menang dalam hal kepadatan energi potensial. Masalahnya, bagaimanapun, adalah bahwa anoda silikon mengeluarkan gelombang yang buruk saat mengisi daya, yang menyebabkan kerusakan struktural yang fatal pada kemasan baterai. Namun, grafit adalah bahan yang lebih umum, mengangkangi kinerja dan keandalan.

Proses Elektrolisis Anoda Grafit

Selama proses pengisian dan pengosongan baterai lithium-ion, reaksi elektrokimia terjadi di anoda grafit. Pada tingkat sel di anoda, baterai beroperasi dengan elektrolisis, di mana ion lithium yang terisi mengalir ke bagian dalam dan ditangkap dalam grafit. Dengan pelepasan ion saat pengosongan, ion-ion ini mengalir sekali lagi ke katoda, melepaskan energi. Proses ini juga dapat dibalik, sehingga Anda dapat mengisi ulang baterai berkali-kali sebelum baterai mengalami kerusakan serius pada anoda grafit Anda.

Perbandingan Anoda Grafit dan Anoda Silikon

Kapasitas teoritis yang lebih tinggi dari anoda silikon (dibandingkan dengan grafit biasa) telah membawa beberapa ketertarikan pada bahan ini. Penggunaan silikon sebagai pengganti grafit lebih menguntungkan karena memiliki kapasitas penyimpanan ion litium yang lebih tinggi dan dengan demikian dapat meningkatkan kepadatan energi baterai. Tetapi silikon memiliki kelemahan utama: silikon membengkak dan menyusut secara dramatis saat baterai diisi dan dikosongkan. Ketika hal itu terjadi, anoda akan membengkak, yang biasanya menyebabkannya retak dan pada akhirnya gagal. Sebaliknya, grafit dapat mempertahankan strukturnya selama masa pakai banyak siklus pengisian-pengosongan, yang membuatnya lebih tahan lama dan dapat diandalkan untuk aplikasi jangka panjang. Meskipun anoda berbasis silikon dapat menjadi masa depan untuk baterai berkapasitas tinggi, sebagian besar aplikasi masih mengandalkan grafit lama yang baik.

Katoda Grafit vs Anoda

Dalam baterai lithium-ion, peran anoda dan katoda ditukar. Selama pengisian, ion lithium tinggal di anoda, sementara selama pemakaian, ion tersebut dilepaskan di katoda. Dalam praktiknya, anoda adalah grafit karena sifat kimianya terkait interkalasi lithium. Sebaliknya, bahan lain digunakan dalam katoda - lithium kobalt oksida atau besi fosfat, misalnya - yang lebih baik dalam membiarkan ion-ion tersebut masuk dan menangkapnya kembali. Jadi, itulah mengapa untuk memahami fungsi baterai, kita harus memikirkan anoda dan katoda berdasarkan identitasnya.

Proses Pembuatan Anoda Grafit

Yang pertama adalah bahan baku grafit perlu dibersihkan dan kotoran seperti silikonbesi atau oksigen yang diekstraksi. Langkah selanjutnya adalah grafit dicampur dengan bahan pengikat untuk membuat pasta. Pasta ini kemudian digulung di atas kertas tembaga, yang berfungsi sebagai pengumpul arus. Bahan ini kemudian dikeringkan dan dipadatkan dengan cara yang memastikan ketebalannya merata di seluruh bagian, setelah lapisan pengisi dilapisi. Anoda dipanaskan hingga suhu tinggi agar dapat memperoleh sifat elektrokimianya. Anoda dipotong sesuai bentuk dan ukuran yang dibutuhkan, diselesaikan untuk dimasukkan ke dalam baterai.

Mengapa Anoda Terbuat dari Grafit dan Bukan Baja?

Bahan baja memiliki konduktivitas listrik yang rendah sehingga lithium tidak dapat disisipkan ke dalam baja. Hal ini akan sangat mengurangi kinerja baterai. Di sisi lain, grafit adalah konduktor yang sangat baik dan dapat mentolerir pergerakan ion lithium tanpa terlalu banyak putus. Grafit juga merupakan kandidat yang sangat baik untuk anoda baterai ketika mempertimbangkan berat dan stabilitas kimiawi/ketahanan terhadap korosi, lebih dari bahan seperti baja.

Aplikasi Anoda Grafit

Anoda grafit memiliki banyak tujuan selain hanya baterai lithium-ion. Anoda ini digunakan dalam reaksi elektrokimia, misalnya elektrolisis air, di mana anoda ini membantu pemecahan air menjadi hidrogen dan oksigen menggunakan grafit. Anoda grafit juga digunakan pada jenis baterai lain (seperti baterai natrium-ion) dan penyimpanan energi. Anoda grafit sintetis adalah bahan utama yang digunakan dalam transisi menuju energi terbarukan karena memungkinkan kita untuk menyimpan energi terbarukan yang bersifat intermiten, seperti tenaga surya dan angin.