Baterai Baru dari Olahan Sampah Kertas

Periset menggunakan biomassa kertas murah dan berlimpah untuk menghasilkan sumber energi baru.

Para teknokrat sudah mampu mendaur ulang limbah industri menjadi produk yang bermutu bagi kehidupan. Salah satu yang bisa dimanfaatkan adalah limbah industri pembuatan kertas.

Selain untuk menekan jumlah produksi limbah yang dibuang menjadi sampah, opsi daur ulang menjadi alternatif menghasilkan produk kembali yang ramah lingkungan. Temtu saja temuan para ilmuwan sangat baik untuk lingkungan yang berkelanjutan (sustainable).

Salah satu contoh adalah melimpahnya limbah utama dalam industri pembuatan kertas. Limbah produk ini adalah lignosulfonat, atau bahan limbah karbon tersulfonasi, yang biasanya dibakar di tempat. Limbah ini kemudian melepaskan CO2 [karbon dioksida] ke atmosfer dan menguap begitu saja.

Padahal, CO2 yang dilepaskan ke udara ini atau yang sudah berupa sulfur (belerang) tersebut ternyata dapat ditangkap kembali atau ditampung untuk digunakan lagi menjadi sumber energi biomassa.

Proses memanfaatan limbah kertas itu berhasil dikembangkan para periset di Rensselaer Polytechnic Institute New York Amerika Serikat untuk dijadikan baterai lithium sulfur yang bisa diisi ulang.

Periset menggunakan biomassa kertas murah dan berlimpah dalam membuat baterai tersebut. Baterai semacam itu dapat digunakan untuk menggerakkan pusat data besar serta menyediakan opsi penyimpanan energi yang lebih murah untuk microgrid dan jaringan listrik tradisional.

"Penelitian kami menunjukkan potensi menggunakan produk sampingan kertas dari limbah pabrik atau industri untuk merancang sebuah inovasi berkelanjutan, bahan elektroda murah untuk baterai lithium-sulfur," kata Trevor Simmons, ilmuwan penelitian Rensselaer yang mengembangkan teknologi dengan rekan-rekannya di Center for Future Energy System (CFES).

Simmons telah mematenkan proses penelitiannya dengan mantan mahasiswa pascasarjana Rahul Mukherjee, seperti dilansir Sciencedaily, belum lama ini.

Dari penelitian sebelumnya, baterai lithium-ion yang dapat diisi ulang saat ini adalah teknologi baterai yang dominan. Namun, dalam beberapa tahun terakhir, banyak inovasi yang telah berkembang di sekitar pengembangan baterai lithium-sulfur, yang dapat memiliki lebih dari dua kali energi dari jenis litium-ion mereka dari massa yang sama.

Menurut Simmons, baterai yang dapat diisi ulang memiliki dua elektroda - katoda positif dan anoda negatif. Ditempatkan di antara elektroda adalah elektrolit cair yang berfungsi sebagai media untuk reaksi kimia yang menghasilkan arus listrik.

Dalam baterai lithium-sulfur, katoda terdiri dari matriks sulfur-karbon, dan oksida logam lithium digunakan untuk anoda. Sedangkan bentuk unsurnya, sulfur atau belerang bersifat non-konduktif, tetapi bila dikombinasikan dengan karbon pada suhu tinggi, ia menjadi sangat konduktif, dan memungkinkannya untuk digunakan dalam teknologi baterai baru.

"Namun, tantangannya adalah belerang dapat dengan mudah larut ke dalam elektrolit baterai, yang menyebabkan elektroda di kedua sisi memburuk setelah hanya beberapa siklus,"tutur Simmons.

Saat ini para peneliti telah menggunakan berbagai bentuk karbon, seperti nanotube dan busa karbon kompleks, untuk membatasi belerang di tempat, tetapi dengan keberhasilan yang terbatas.

"Metode kami menyediakan cara sederhana untuk menciptakan katoda berbasis sulfur yang optimal dari bahan baku tunggal," kata Simmons. yun/E-6

Kontribusi Signifikan untuk Pelestarian Lingkungan

Untuk mengembangkan metode yang diciptakan, para peneliti Rensselaer bermitra dengan Kertas Finch di Glens Falls, yang menyediakan lignosulfonat. Baterai sulfur ini seperti "minuman keras coklat" (zat sirup gelap) yang dikeringkan dan kemudian dipanaskan sampai sekitar 700 derajat Celcius dalam tungku tabung kuarsa.

Panas yang tinggi mengusir sebagian besar gas sulfur tetapi mempertahankan sebagian belerang sebagai polysulfides (rantai atom belerang) yang tertanam jauh di dalam matriks karbon aktif.

Proses pemanasan diulang sampai jumlah sulfur yang tepat terperangkap dalam matriks karbon. Bahan tersebut kemudian digiling dan dicampur dengan pengikat polimer inert untuk menciptakan lapisan katoda pada aluminium foil.

Tim peneliti tersebut sejauh ini telah menciptakan prototipe baterai lithium-sulfur yang merupakan ukuran baterai jam tangan, yang dapat berputar sekitar 200 kali. Langkah selanjutnya adalah memperbesar prototipe untuk meningkatkan laju pengeluaran dan siklus hidup baterai secara nyata.

Tim riset Trevor Simmons, ilmuwan penelitian Rensselaer juga telah menggandeng CFES dalam pengembangan penelitian membuat baterai lithium sulfur dari limbah pabrik kertas tersebut.

Hal ini diakui Direktur Pengembangan Bisnis CFES Martin Byrne, sebagai hal yang sangat inovatif. Bahkan dia menilai, jika baterai lithium sulfur ini bisa diproduksi massal, bisa menjadi alternatif industri baru yang ramah lingkungan.

"Dalam repurposing biomassa ini, para peneliti yang bekerja dengan CFES membuat kontribusi yang signifikan terhadap pelestarian lingkungan sambil membangun baterai yang lebih efisien yang dapat memberikan dorongan yang sangat dibutuhkan untuk industri penyimpanan energi," kata Martin.

Pendanaan awal untuk penelitian ini berasal dari Institut Pencegahan Pencemaran Negara Bagian New York (NYSP2I). Tim peneliti kemudian mendapatkan Bench to Prototype grant dari New York State Energy Research and Development Authority, yang dikelola melalui NY-BEST (New York Battery dan Energy Storage Technology), untuk mengembangkan teknologi secara lebih lengkap.

Selain itu, kalangan industri teknologi juga menilai, penelitian baterai lithium-sulfur baru dari Simmons dan rekan-rekannya tersebut, dapat secara signifikan berkontribusi pada industri penyimpanan energi. Sebagai contoh adalah visi The New Polytechnic, paradigma yang muncul untuk pengajaran, pembelajaran, dan penelitian di Rensselaer.

"Ini merupakan pengakuan bahwa tantangan dan peluang global begitu besar sehingga mereka tidak dapat ditangani secara memadai oleh bahkan orang yang paling berbakat yang bekerja sendirian. Politeknik Baru bersifat transformatif dalam dampak global penelitian, dalam pedagogi inovatifnya, dan dalam kehidupan siswanya ke depan," tutur Martin lagi. yun/E-6