PROYEK ILMIAH

Baterai Li-Air simpan energi lebih baik tapi masih sulit diproduksi

Baterai Li-Air diyakini bisa membantu perkembangan industri kendaraan listrik.
Baterai Li-Air diyakini bisa membantu perkembangan industri kendaraan listrik. | Pixabay

Saat tenaga listrik semakin banyak digunakan seiring dengan berkembangnya teknologi energi terbarukan, akan dibutuhkan wadah yang lebih efektif untuk menyimpan energi listrik yang dihasilkan. Salah satu alternatifnya adalah baterai Lithium-Air (Li-O2).

Jenis baterai tersebut diketahui bisa menyimpan energi yang lebih padat pada tempat yang lebih ringkas dan ringan dibandingkan baterai Lithium-Ion (Li-Ion), yang saat ini banyak digunakan pada beragam produk bertenaga listrik, termasuk kendaraan. Karena bahannya oksigen, baterai ini juga lebih ramah lingkungan.

Akan tetapi, walau sudah terbukti dalam uji laboratorium, baterai jenis ini masih sulit untuk diproduksi.

Pada pertengahan Februari lalu, tim ahli dari University Campinas (Unicamp), Brasil, dalam sebuah acara di London, Inggris, menyampaikan bahwa mereka tengah mengembangkan teknologi tersebut untuk bisa mencapai skala produksi komersial.

Rubens Maciel Filho, profesor rekayasa kimia Unicamp yang juga direktur Pusat Inovasi Energi Baru Brasil (CINE), memaparkan bahwa baterai Li-Air adalah cara berkelanjutan untuk menyimpan tenaga listrik.

"Kalau berkembang, ia bisa mendukung sejumlah siklus pelepasan/pengisian. Ia punya potensi besar untuk digunakan pada transportasi, pada kendaraan kecil dan berat. Ia juga bisa bekerja pada jaringan distribusi tenaga listrik," jelasnya dalam acara Yayasan Riset Sao Paulo (FAPESP) Week di London, Inggris (11/2/2019).

CINE saat ini tengah melakukan penelitian di National Synchrotron Light Laboratory (LNLS) milik Brazilian Center for Light Research in Energy and Materials (CNPEM), yang berlokasi di Campinas. Perusahaan minyak Shell menyokong penelitian tersebut.

Efektivitas Li-Air dalam menyimpan energi telah diketahui sejak 1995. Pengetahuan akan hal tersebut didapat dari sebuah kebetulan, yang kemudian menjadi sebuah legenda urban dalam dunia sains.

Dituturkan IFL Science, semua berawal ketika KM Abraham, ahli kimia asal Amerika Serikat, tengah menguji sel baterai Li-Ion. Ternyata ada kebocoran pada baterai tersebut. Namun ia menemukan bahwa kebocoran itu justru membuat baterai bisa menyimpan lebih banyak energi dari yang dia duga sebelumnya.

Abraham memutuskan tidak memperbaiki kebocoran tersebut, malah menelitinya lebih dalam. Hasilnya, ia menemukan baterai Li-O2 pertama yang bisa diisi ulang. Makalah penelitiannya dipublikasi pada Journal of The Electrochemical Society.

Cara kerjanya menggunakan oksigen ambien sebagai reagen. Baterai menyimpan energi tambahan melalui reaksi elektrokimia yang menghasilkan pembentukan lithium oksida (proses detailnya bisa dibaca di sini). Energi yang disimpan bisa mencapai 10 kali lebih banyak dari baterai Li-Ion.

Bagaimana desain baru Li-Air mengalahkan baterai Li-Ion? Ikatan kimia antara lithium dan oksigen lebih padat dibandingkan antara lithium dengan lapisan oksida logam pada baterai Li-Ion. Dengan demikian baterai Li-Air dapat menyimpan lebih banyak energi.

Hal itu bisa dilakukan di laboratorium. Namun, mewujudkannya untuk kepentingan komersial dan penggunaan sehari-hari tidak sesederhana itu.

Toyota, pemanufaktur kendaraan besar di dunia, telah mulai mencoba membuat baterai Li-O2 untuk kendaraan listrik mereka sejak 2002 tapi belum menemui hasil. Tak menyerah, mereka kemudian bekerja sama dengan BMW pada 2013 dan sejak 2017 mendanai tim Masschusetts Institute of Technology (MIT) yang meneliti baterai itu.

Toyota terus melakukan riset karena baterai Li-Air lebih baik dari Li-Ion--yang saat ini digunakan sebagian besar kendaraan listrik--karena baterai tersebut menggunakan udara sebagai material aktif sehingga mengurangi berat. Berkurangnya berat membantu meningkatkan jarak jelajah kendaraan listrik.

Namun, David Chandler dari MIT, memaparkan ada tiga isu yang membuat baterai Li-Air sulit digunakan: kebutuhan voltase tinggi untuk mengisi daya, efisiensinya kecil mengingat energi yang dibutuhkan untuk pengisiannya, dan siklus hidupnya rendah akibat tak stabilnya elektroda oksigen pada baterai.

Tahun lalu, tim peneliti University of Cambridge, Inggris, menawarkan solusinya. Mereka menemukan cara agar baterai Li-Air lebih efisien dan memiliki siklus hidup yang lebih tinggi. Tetapi masih belum bisa diterapkan untuk produk komersial.

Sementara pada Januari 2019, peneliti dari University of Illinois in Chicago (UIC), AS, mengembangkan bahan dua dimensi (2D) untuk digunakan sebagai katalis--zat yang mempercepat laju reaksi reaksi kimia pada suhu tertentu--pada baterai Li-Air.

Menurut mereka, katalis akan membantu meningkatkan tingkat reaksi kimia di dalam baterai dan, tergantung bahan katalis itu, akan membantu mendorong kemampuan baterai untuk menyimpan dan menyediakan energi.

"Saat ini, kendaraan listrik rata-rata mencapai jarak sekitar 160km per pengisian, tetapi dengan penggabungan katalis 2D ke baterai lithium-air, kami dapat meningkatkan jarak tempuh hingga 804 km per pengisian, yang akan menjadi game-changer nyata," kata Amin Salehi-Khojin, associate professor teknik mesin dan industri UIC.

Menurut Bloomberg New Energy Outlook 2018, pada tahun 2050 listrik dari Matahari dan angin akan menguasai 50 persen sumber energi di dunia--saat ini baru 18 persen. Oleh karena itu dibutuhkan baterai yang lebih baik untuk bisa menyimpan dan menyalurkan energi tersebut.

BACA JUGA
Tanya Loper Tanya LOPER
Artikel terkait: SPONSOR