Seiring dunia mencari alternatif untuk baterai litium-ion, baterai natrium-ion muncul sebagai solusi yang menjanjikan.

Natrium jauh lebih melimpah di kerak bumi daripada litium, sehingga baterai ini lebih murah dan lebih berkelanjutan.

Namun, ada satu tantangan besar: menjaganya tetap stabil dan andal selama banyak siklus pengisian dan pengosongan daya.

Kendala utama terletak pada pemilihan material katoda, yang sangat menentukan kinerja baterai.

Salah satu pilihan yang paling menjanjikan adalah senyawa berlapis yang disebut natrium mangan oksida (Na / MnO ).

Senyawa ini menawarkan kapasitas tinggi tanpa bergantung pada elemen yang mahal atau langka. Sayangnya, kinerjanya juga cenderung cepat menurun seiring penggunaan berulang.

Alasannya adalah mangan.

Ketika ion natrium bergerak masuk dan keluar dari katoda selama pengisian dan pengosongan daya, atom mangan beralih antara dua keadaan oksidasi—Mn³⁺ dan Mn⁴⁺.

Ketika Mn³⁺ terbentuk, ia mendistorsi struktur atom di sekitarnya, sebuah proses yang dikenal sebagai efek Jahn-Teller.

Distorsi berulang ini membebani material, yang akhirnya merusak struktur kristalnya dan menyebabkan hilangnya kapasitas secara cepat.

Untuk mengatasi masalah ini, para peneliti telah bereksperimen dengan mengganti sebagian mangan dengan logam lain.

Sebuah tim yang dipimpin oleh Profesor Shinichi Komaba di Universitas Sains Tokyo kini telah menunjukkan bahwa menambahkan sejumlah kecil skandium (Sc) dapat memperpanjang umur baterai natrium-ion secara drastis—setidaknya untuk jenis material katoda tertentu.

Studi mereka, yang diterbitkan dalam Advanced Materials pada bulan September 2025, berfokus pada dua versi natrium mangan oksida, yang dikenal sebagai politipe P2 dan P’2. Kedua bentuk ini terlihat serupa tetapi berperilaku berbeda pada tingkat atom.

Pada tipe P2, distorsi terjadi secara tersebar dan terlokalisasi. Pada tipe P’2, distorsi berbaris dalam urutan kooperatif dan jarak jauh.

Tim menemukan bahwa doping skandium hanya efektif pada tipe P’2. Dengan menambahkan sekitar 8% skandium secara hati-hati, mereka mampu mengecilkan ukuran partikel, mengendalikan pertumbuhan kristal, dan mempertahankan distorsi teratur yang memberikan stabilitas material.

Material yang didoping menahan keruntuhan struktural, mengurangi reaksi samping yang tidak diinginkan dengan elektrolit, dan bahkan menunjukkan peningkatan ketahanan terhadap kelembapan.

Dalam uji baterai, elektroda P’2 yang didoping skandium mempertahankan sebagian besar strukturnya tetap utuh bahkan setelah ratusan siklus.

Sel penuh seukuran koin yang dibuat dengan material ini mempertahankan 60% kapasitasnya setelah 300 siklus pengisian-pengosongan—peningkatan yang mengesankan dibandingkan versi tanpa doping.

Menariknya, upaya untuk menggunakan logam lain seperti aluminium atau ytterbium tidak menunjukkan manfaat yang sama, yang menyoroti peran unik skandium.

Meskipun skandium mahal, hasilnya menunjukkan bahwa bahkan dalam jumlah kecil pun dapat memperpanjang masa pakai baterai secara signifikan, menjadikannya strategi yang layak.

Menurut Profesor Komaba, pendekatan ini tidak hanya menunjukkan jalan menuju baterai natrium-ion yang lebih baik tetapi juga dapat menginspirasi cara-cara baru untuk memperkuat jenis baterai oksida logam berlapis lainnya.

Dengan pengembangan lebih lanjut, skandium dapat membantu mewujudkan baterai natrium-ion berskala besar, hemat biaya, dan tahan lama.