Bahan baku utama untuk elektrolit padat—Zirkonia
ZrO2 merupakan bahan oksida dengan ketahanan suhu tinggi, kekerasan tinggi dan stabilitas kimia yang baik. Ia memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi, sehingga dapat menjaga kestabilan sifat fisik dan kimia di lingkungan bersuhu tinggi. Selain itu, ZrO2 juga memiliki koefisien muai panas yang rendah dan sifat isolasi listrik yang baik. Hal ini menjadikannya salah satu bahan baku pilihan untuk elektrolit padat LLZO.
Kekerasan tinggi: Kekerasan ZrO2 berada di urutan kedua setelah berlian, dan memiliki ketahanan aus yang tinggi.
Titik leleh tinggi: Titik leleh ZrO2 sangat tinggi (2715℃). Titik leleh yang tinggi dan kelembaman kimia menjadikan ZrO2 bahan tahan api yang baik.
Stabilitas kimia yang sangat baik: ZrO2 memiliki ketahanan yang baik terhadap bahan kimia seperti asam dan basa serta tidak mudah terkorosi.
Stabilitas termal yang baik: ZrO2 masih dapat mempertahankan sifat mekanik dan stabilitas kimia yang baik pada suhu tinggi.
Kekuatan dan ketangguhan yang relatif besar: ZrO2, sebagai bahan keramik, memiliki kekuatan yang besar (hingga 1500MPa). Meskipun ketangguhannya jauh tertinggal dari beberapa logam, dibandingkan dengan bahan keramik lainnya, zirkonium oksida memiliki ketangguhan patah yang lebih tinggi dan dapat menahan benturan dan tekanan eksternal sampai batas tertentu.
Ada berbagai proses preparasi ZrO2, termasuk pirolisis, sol-gel, deposisi uap, dll. Diantaranya, pirolisis adalah salah satu metode preparasi yang paling umum digunakan. Metode ini mereaksikan zirkon dan bahan mentah lainnya dengan logam alkali atau oksida logam alkali tanah pada suhu tinggi untuk menghasilkan zirkonat, dan kemudian memperoleh bubuk ZrO2 melalui pencucian asam, penyaringan, pengeringan, dan langkah lainnya. Selain itu, kinerja ZrO2 dapat diatur dengan doping elemen yang berbeda untuk memenuhi kebutuhan baterai solid-state yang berbeda.
Penerapan ZrO2 dalam baterai solid-state terutama tercermin dalam elektrolit padat oksida, seperti litium lantanum zirkonium oksida (LLZO) dan litium lantanum zirkonium titanium oksida (LLZTO), yang terdapat dalam struktur kristal tipe garnet. Dalam elektrolit padat ini, ZrO2 menempati proporsi yang sangat penting. Misalnya, dalam massa LLZO sebelum sintering, ZrO2 menyumbang sekitar 25%. Selain itu, untuk mengurangi resistansi antarmuka pada baterai solid-state dan meningkatkan efisiensi migrasi ion litium, bahan elektroda positif dan negatif biasanya perlu dilapisi dengan bahan seperti LLZO. Pada saat yang sama, baterai semi-padat oksida juga perlu membuat lapisan diafragma keramik yang terdiri dari bahan seperti LLZO, yang selanjutnya meningkatkan jumlah ZrO2 yang digunakan dalam baterai solid-state.
Dengan terus berkembangnya teknologi baterai solid-state dan perluasan bidang penerapannya, permintaan ZrO2 sebagai bahan baku elektrolit padat akan terus meningkat. Di masa depan, ZrO2 diharapkan dapat memainkan peran yang lebih penting dalam bidang baterai solid-state dengan lebih mengoptimalkan proses persiapan, mengatur kinerja, dan mengurangi biaya. Pada saat yang sama, dengan terus bermunculannya bahan elektrolit solid-state baru, ZrO2 juga akan menghadapi persaingan dan tantangan yang lebih ketat. Namun, dengan sifatnya yang unik dan prospek penerapannya yang luas, ZrO2 masih memiliki posisi yang tak tergantikan di bidang baterai solid-state.