EMIM-TFSI - Cairan Ionik Bahan Elektrolit Baterai!

EMIM-TFSI - Cairan Ionik Bahan Elektrolit Baterai!

EMIM-TFSI atau 1-Etil-3-metilimidazolium bis(trifluorometilsulfonil)imida adalah cairan ionik yang sering digunakan sebagai bahan elektrolit baterai lithium-ion, superkapasitor, dan aplikasi penyimpan energi lainnya. 

Struktur EMIM-TFSI membentuk garam berwujud cair pada dengan nanostruktur teratur pada muatan berbeda karena pasangan ion yang kuat. Susunan cairan ionik ini terdiri dari EMIM+ dan TFSI-. Dimana terdiri dari cincin imidazolium dengan gugus etil dan metil serta anion TFSI dengan dua gugus sulfonil dan trifluorometil.

Sifat EMIM-TFSI

  • Titik leleh : -16 °C

  • Viskositas : ~35 mPa·s

  • Kepadatan : ~1,525 g/cm³

  • Sifat ionik : Garam dalam bentuk cair, tidak menguap, tidak mudah terbakar, 

  • Stabilitas termal : >300°C

Prinsip kerja EMIM-TFSI

EMIM-TFSI bekerja berdasarkan karakteristik cairan ionik dengan stabilitas elektrokimia tinggi. 

Mula-mula, EMIM-TFSI bertindak sebagai elektrolit cair untuk memindahkan ionik antara elektroda positif dan negatif yang bergerak bebas di dalam cairan. Ketika tegangan diterapkan, kation dan anion akan berorientasi di permukaan elektroda untuk membentuk lapisan ganda yang terstruktur. Setelah struktur terbentuk kemudian menciptakan lapisan penutup yang padat.

Cairan ionik EMIM-TFSI memfasilitasi pergerakan ion ke dalam material elektroda, yang terlibat dalam penggunaan baterai. Ion-ion ini ber interkalasi ke dalam struktur elektroda, sementara kation dan anion menjaga keseimbangan muatan dan efisiensi transfer ion.

Kelebihan EMIM-TFSI

1. Stabilitas termal

EMIM-TFSI memiliki stabilitas termal yang tinggi karena mampu bertahan pada suhu 300°C–390°C. Membuatnya cocok untuk beroperasi pada suhu tinggi.

Tidak hanya tahan suhu tinggi, sifat tidak menguap membuat cairan ionik ini aman dari risiko kebakaran maupun ledakan karena proses oksidasi.

2. Jendela stabilitas elektrokimia yang lebar

EMIM-TFSI memiliki jendela stabilitas elektrokimia lebar (lebih besar dari 4 V) yang memungkinkan mampu beroperasi dalam tegangan tinggi. Kemudian, konduktivitas ionik mencapai 0,91 S/m, memfasilitasi transfer ion yang cepat. Diimbangi dengan viskositas rendah untuk meningkatkan mobilitas ion.

3. Fleksibel

Fleksibilitas EMIM-TFSI terlihat dari sifatnya yang dapat menjadi ionogel untuk superkapasitor fleksibel. Formulasi ionogel memberi kekuatan mekanik dan stabilitas struktural dengan retensi kapasitansi >94% setelah 10.000 siklus.

Tidak hanya dapat berubah menjadi gel, cairan ini mudah terkurung dalam struktur nano karbon. Ukuran kation dan anion yang kecil (0,5 nm) membuatnya ideal untuk superkapasitor. Mudah didaur ulang, tidak beracun, dan aman untuk lingkungan.

Kekurangan EMIM-TFSI

1. Konduktivitas rendah

EMIM-TFSI memiliki konduktivitas rendah sehingga menghambat kinerja dalam penggunaan daya tinggi. Tidak hanya masalah konduktivitas rendah, cairan ini membuat polarisasi yang lebih besar dalam sistem pengisian baterai, setelah melalui siklus panjang dapat menghilangkan manfaat kinerja.

2. Rawan bekerja pada suhu rendah

EMIM-TFSI menunjukan transisi fase padat-padat pada suhu 230 K (-43 °C) yang mampu membatasi penggunaan pada suhu rendah. 

3. Toksisitas tinggi

Cairan ini berbahaya ketika tertelan atau terkena kulit langsung. Apalagi senyawanya tidak mudah terurai yang mengakibatkan risiko kesehatan apabila sering terpapar dalam jangka panjang..

Dampak lainnya yang terjadi adalah sifat higroskopis, dapat mengikat molekul air sehingga mempengaruhi sifat fisik dan kimianya. 

Faktor yang memengaruhi performa dari EMIM-TFSI

Kinerja EMIM-TFSI sangat dipengaruhi oleh berbagai faktor mulai dari suhu sampai stabilitas elektrokimia.  

Temperatur mempengaruhi viskositas dan konduktivitas ionik. Makin tinggi temperatur, viskositas EMIM-TFSI akan menurun, sehingga memudahkan pergerakan ion dan meningkatkan konduktivitas ion. 

Selain suhu, performa EMIM-TFSI bergantung pada jumlah garam lithium. Makin tinggi konsentrasi Li+ akan meningkatkan jumlah pembawa muatan, yang secara bersamaan juga meningkatkan viskositas. Ketika viskositas naik akan menghambat mobilitas ion.

Cairan EMIM-TFSI bersifat hidrofobik, yang mana kontaminasi air sekecil apapun akan mempengaruhi sifat fisik. Jadi, jika terkena air dapat mempersempit jendela elektrokimia.

Pada dasarnya, jendela elektrokimia EMIM-TFSI adalah luas sehingga bisa dipakai untuk aplikasi superkapasitor. Yang dapat diukur berdasarkan ketahanan terhadap degradasi pada potensial tinggi dan rendah.

EMIM-TFSI banyak digunakan untuk bahan pembuatan tempat penyimpan energi seperti baterai dan superkapasitor. Viskositas rendah membuatnya dapat beroperasi di bawah suhu 257K. Dan kinerja baterai lithium meningkat karena stabilitas termal dan elektrokimia tinggi dari cairan ionik ini.

Dapatkan EMIM-TFSI dengan Cepat di AMI Scientific!

AMI Scientific menyediakan EMIM-TFSI untuk kebutuhan pengerjaan aplikasi penyimpanan baterai dan superkapasitor untuk kebutuhan suplai energi bersih. Hubungi kami untuk informasi sekaligus pemesanan melalui tautan ini.

Back to blog