Baterai Aliran dengan Nanofluida yang Hasilkan Kepadatan Tinggi

Baterai aliran sejauh ini terlalu besar untuk diaplikasikan. Berkat penggunaan fluida berukuran nano, teknologi baterai nanoelectrofuel memiliki kepadatan 15 hingga 25 kali lebih banyak dari baterai aliran biasa.

D

i tengah perdebatan penggunaan baterai baterai berbasis nikel-mangan-kobalt (NMC) dan baterai berbasis lithium ferro fosfat (LFP), muncul satu pilihan baterai teknologi baru bernama nanoelectrofuel (NEF).

Teknologi tersebut termasuk dalam baterai aliran (flow battery) yang dapat diisi ulang. Cairan elektrolitnya mengalir melalui satu atau lebih sel elektrokimia dari satu atau lebih wadah. Model ini membuat baterai mudah untuk meningkatkan kapasitas penyimpanan energi dengan meningkatkan jumlah elektrolit yang disimpan di dalam wadah.

Baterai aliran itu menggunakan jenis cairan yang benar-benar baru yang disebut NEF. Dibandingkan dengan baterai aliran tradisional dengan ukuran yang sebanding, baterai ini dapat menyimpan energi 15 hingga 25 kali lebih banyak.

Dengan kapasitas yang lebih besar memungkinkan sistem baterai yang cukup kecil untuk digunakan pada kendaraan listrik dan cukup padat energi yang bisa menempuh jangkauan lebih jauh dan isi ulang energi yang cepat serta performa kendaraan yang meningkat.

Teknologi baterai ini merupakan proyek yang diharapkan dapat dilakukan oleh pihak sipil dan kini sedang diupayakan oleh Kantor Teknologi Strategis Badan Proyek Penelitian Lanjutan Pertahanan (DARPA) Amerika Serikat. DARPA sendiri mengembangkan teknologi ini sebagai bagian dari upaya untuk memudahkan pengoperasiaan kendaraan listrik militer pada 2030 dan kendaraan listrik taktis pada 2050.

Baterai NEF sejauh ini dapat menghindari kelemahan yang dimiliki oleh baterai berbasis litium. Masalah pada baterai ini adalah memerlukan infrastruktur pengisian daya, yang bagi militer AS berarti harus mengerahkan infrastruktur. Padahal kendaraan militer biasanya ditugaskan di lokasi yang tidak ramah.

Pengisian waktu yang lama dan bahaya pelepasan panas seperti kebakaran, masa pakai baterai lithium yang relatif singkat, dan kesulitan memperoleh bahan baterai serta mendaur ulangnya ketika baterai lama sudah tidak berguna lagi, merupakan masalah lain.

Baterai yang mampu mengatasi masalah yang melekat pada baterai berbasis litium adalah tujuan DARPA. Baterai aliran baru tampaknya bisa memenuhi setiap permintaan itu dan jika berhasil maka manfaat elektrifikasi transportasi akan sangat besar.

Baterai NEF adalah versi baru dari baterai aliran reduksi-oksidasi (redoks), yang pertama kali diusulkan hampir satu setengah abad yang lalu. Desain tersebut kembali digunakan pada pertengahan abad ke-20, dikembangkan untuk kemungkinan digunakan di pangkalan Bulan, dan selanjutnya ditingkatkan untuk digunakan dalam penyimpanan jaringan.

Sel baterai aliran menggunakan dua larutan kimia yang mengandung ion, satu bertindak sebagai anolit, yang lainnya sebagai katolit. Reaksi elektrokimia antara dua larutan mendorong elektron melalui suatu rangkaian. Baterai aliran redoks tipikal menggunakan ion berdasarkan kimia besi kromium atau vanadium.

Pada sisi reaksi kimia, setiap larutan secara terus menerus dipompa ke sisi sel baterai yang terpisah. Ion berpindah dari satu larutan ke larutan lainnya dengan melintasi membran, sehingga larutan tetap terpisah. Di sisi kelistrikan, arus berpindah dari satu elektroda ke rangkaian eksternal, berputar sebelum kembali ke elektroda yang berlawanan.

Baterai dapat diisi ulang dengan dua cara. Pertama kedua larutan diisi di tempatnya dengan arus yang bergerak berlawanan arah, seperti cara pengisian baterai konvensional. Kedua larutan bekas dapat diganti dengan larutan yang sudah terisi daya.