Catatan editor: Teknologi listrik adalah masa depan bumi yang hijau, dan teknologi baterai adalah fondasi teknologi listrik dan kunci untuk membatasi perkembangan teknologi listrik skala besar. Teknologi baterai utama saat ini adalah baterai lithium-ion, yang memiliki kepadatan energi yang baik dan efisiensi tinggi. Namun, lithium adalah unsur langka dengan biaya tinggi dan sumber daya terbatas. Pada saat yang sama, seiring dengan meningkatnya penggunaan sumber energi terbarukan, kepadatan energi baterai lithium-ion tidak lagi mencukupi. Bagaimana cara meresponsnya? Mayank Jain telah meninjau beberapa teknologi baterai yang mungkin digunakan di masa depan. Artikel asli diterbitkan di Medium dengan judul: Masa Depan Teknologi Baterai
Bumi ini penuh dengan energi, dan kita melakukan segala yang kita bisa untuk menangkap dan memanfaatkan energi tersebut dengan baik. Meskipun kita telah melakukan pekerjaan yang lebih baik dalam transisi ke energi terbarukan, kita belum banyak membuat kemajuan dalam penyimpanan energi.
Saat ini, standar teknologi baterai tertinggi adalah baterai lithium-ion. Baterai ini tampaknya memiliki kepadatan energi terbaik, efisiensi tinggi (sekitar 99%), dan umur pakai yang panjang.
Jadi, apa masalahnya? Seiring dengan terus meningkatnya energi terbarukan yang kita tangkap, kepadatan energi baterai lithium-ion tidak lagi mencukupi.
Karena kita dapat terus memproduksi baterai dalam jumlah besar, ini tampaknya bukan masalah besar, tetapi masalahnya adalah litium merupakan logam yang relatif langka, sehingga biayanya tidak rendah. Meskipun biaya produksi baterai menurun, kebutuhan akan penyimpanan energi juga meningkat pesat.
Kita telah mencapai titik di mana begitu baterai lithium ion diproduksi, baterai tersebut akan memiliki dampak yang sangat besar pada industri energi.
Kepadatan energi bahan bakar fosil yang lebih tinggi adalah sebuah fakta, dan ini merupakan faktor berpengaruh besar yang menghambat transisi menuju ketergantungan total pada energi terbarukan. Kita membutuhkan baterai yang memancarkan energi lebih banyak daripada berat badan kita.
Cara kerja baterai lithium-ion
Mekanisme kerja baterai lithium mirip dengan baterai kimia AA atau AAA biasa. Baterai ini memiliki terminal anoda dan katoda, serta elektrolit di antaranya. Tidak seperti baterai biasa, reaksi pelepasan muatan pada baterai lithium-ion bersifat reversibel, sehingga baterai dapat diisi ulang berulang kali.
Katoda (terminal +) terbuat dari litium besi fosfat, anoda (terminal -) terbuat dari grafit, dan grafit terbuat dari karbon. Listrik hanyalah aliran elektron. Baterai ini menghasilkan listrik dengan memindahkan ion litium antara anoda dan katoda.
Saat bermuatan, ion-ion bergerak ke anoda, dan saat muatannya dilepaskan, ion-ion bergerak ke katoda.
Pergerakan ion ini menyebabkan pergerakan elektron dalam rangkaian, sehingga pergerakan ion litium dan pergerakan elektron saling berkaitan.
Baterai anoda silikon
Banyak perusahaan mobil besar seperti BMW telah berinvestasi dalam pengembangan baterai anoda silikon. Seperti baterai lithium-ion biasa, baterai ini menggunakan anoda lithium, tetapi alih-alih anoda berbasis karbon, mereka menggunakan silikon.
Sebagai anoda, silikon lebih baik daripada grafit karena membutuhkan 4 atom karbon untuk mengikat litium, dan 1 atom silikon dapat mengikat 4 ion litium. Ini merupakan peningkatan besar… menjadikan silikon 3 kali lebih kuat daripada grafit.
Meskipun demikian, penggunaan litium masih merupakan pedang bermata dua. Material ini masih mahal, tetapi juga lebih mudah untuk memindahkan fasilitas produksi ke sel silikon. Jika baterai benar-benar berbeda, pabrik harus didesain ulang sepenuhnya, yang akan menyebabkan daya tarik peralihan sedikit berkurang.
Anoda silikon dibuat dengan mengolah pasir untuk menghasilkan silikon murni, tetapi masalah terbesar yang dihadapi para peneliti saat ini adalah anoda silikon membengkak saat digunakan. Hal ini dapat menyebabkan baterai cepat rusak. Selain itu, memproduksi anoda secara massal juga sulit.
Baterai graphene
Grafena adalah jenis serpihan karbon yang menggunakan bahan yang sama dengan pensil, tetapi membutuhkan banyak waktu untuk menempelkan grafit pada serpihan tersebut. Grafena dipuji karena kinerjanya yang sangat baik dalam banyak penggunaan, dan baterai adalah salah satunya.
Beberapa perusahaan sedang mengembangkan baterai graphene yang dapat terisi penuh dalam hitungan menit dan melepaskan daya 33 kali lebih cepat daripada baterai lithium-ion. Ini sangat berharga untuk kendaraan listrik.
Baterai busa
Saat ini, baterai tradisional berbentuk dua dimensi. Baterai tersebut dapat ditumpuk seperti baterai lithium atau digulung seperti baterai AA atau lithium-ion pada umumnya.
Baterai busa adalah konsep baru yang melibatkan pergerakan muatan listrik dalam ruang 3D.
Struktur 3 dimensi ini dapat mempercepat waktu pengisian dan meningkatkan kepadatan energi, yang merupakan kualitas yang sangat penting dari baterai. Dibandingkan dengan sebagian besar baterai lainnya, baterai busa tidak memiliki elektrolit cair yang berbahaya.
Baterai busa menggunakan elektrolit padat, bukan elektrolit cair. Elektrolit ini tidak hanya menghantarkan ion litium, tetapi juga mengisolasi perangkat elektronik lainnya.
Anoda yang menyimpan muatan negatif baterai terbuat dari tembaga berbusa dan dilapisi dengan bahan aktif yang dibutuhkan.
Kemudian, elektrolit padat diaplikasikan di sekitar anoda.
Terakhir, yang disebut "pasta positif" digunakan untuk mengisi celah di dalam baterai.
Baterai Aluminium Oksida
Baterai ini memiliki salah satu kepadatan energi terbesar dibandingkan baterai lainnya. Energinya lebih kuat dan lebih ringan daripada baterai lithium-ion saat ini. Beberapa orang mengklaim bahwa baterai ini dapat menyediakan daya untuk kendaraan listrik hingga 2.000 kilometer. Apa konsep ini? Sebagai referensi, jarak tempuh maksimum Tesla sekitar 600 kilometer.
Masalah dengan baterai ini adalah baterai ini tidak dapat diisi ulang. Baterai ini menghasilkan aluminium hidroksida dan melepaskan energi melalui reaksi aluminium dan oksigen dalam elektrolit berbasis air. Penggunaan baterai mengkonsumsi aluminium sebagai anoda.
Baterai natrium
Saat ini, para ilmuwan Jepang sedang berupaya membuat baterai yang menggunakan natrium sebagai pengganti litium.
Hal ini akan menjadi terobosan, karena baterai natrium secara teoritis 7 kali lebih efisien daripada baterai litium. Keuntungan besar lainnya adalah natrium merupakan unsur keenam terkaya dalam cadangan bumi, dibandingkan dengan litium yang merupakan unsur langka.
Waktu posting: 02-Des-2019