Baterai Tahan Lama di Suhu Dingin Ekstrem

Selama ini, baterai yang bisa beroperasi di iklim yang dingin, masih sangat terbatas.

Sebuah temuan teknologi power energi mutakhir telah dilakukan peneliti dari Tiongkok. Para ilmuwan Tiongkok ini berhasil mengembangkan baterai dengan elektroda senyawa organik yang dapat berfungsi pada suhu -70 derajat celcius.

Angka suhu minus ini jauh lebih dingin daripada suhu di mana baterai lithium-ion bisa kehilangan sebagian besar kemampuan mereka untuk melakukan dan menyimpan energi.

Temuan menakjubkan ini dilakukan oleh Dr. Yong-yao Xia peneliti di Departemen Kimia Universitas Fudan di Shanghai, Tiongkok. Dia bahkan mensinyalir hasil penelitiannya tersebut dapat membantu para teknisi dalam mengembangkan teknologi yang sesuai untuk menahan arus terberat di luar angkasa atau wilayah paling dingin di Bumi.

Selama ini, baterai yang bisa beroperasi di iklim yang relatif dingin, masih sangat terbatas. Sebagian besar kinerjanya hanya 50 persen dari tingkat optimalnya saat suhu mencapai 20 derajat celcius, dan dengan -40 derajat celcius. Untuk, baterai lithium-ion hanya memiliki sekitar 12 persen dari kapasitas suhu kamar mereka.

Kondisi ini bagi para ilmuwan jelas sangat membatasi pekerjaan mereka saat harus beroperasi di luar angkasa. Di mana suhu dapat ada bisa mencapai -157 derajat Celcius, atau bahkan di beberapa negara bagian Kanada dan Rusia, di mana suhu bisa lebih rendah dari -50 derajat Celcius.

Namun, harapan mendapatkan baterai yang tahan di suhu sangat minus akhirnya bisa diwujudkan. Tim peneliti baterai telah menemukan desain yang bisa berfungsi meski baterai lain mungkin saja gagal.

"Sudah diketahui bahwa elektrolit (media kimia yang membawa ion di antara elektroda) dan elektroda (katoda bermuatan positif dan anoda bermuatan negatif) memiliki pengaruh besar pada kinerja baterai," kata Dr. Yong-yao Xia, seperti dirilis laman Sciencedaily, belum lama ini.

Menurut Dr Yong-yao Xia, ketika menjadi dingin, elektrolit konvensional berbasis ester, baterai lithium-ion sering digunakan menjadi konduktor yang lamban dan reaksi elektrokimia yang terjadi pada antarmuka elektrolit, serta peregangan elektroda berlanjut. Ini berarti baterai lithium-ion tidak tahan, naik terlalu baik di iklim ultra-dingin. "Ini adalah masalah yang secara konsisten menjengkelkan para peneliti," ujarnya.

Pengembangan Riset

Untuk mendapatkan baterai yang tahan di suhu sangat ekstrim ini, tim Dr. Yong-yao Xia melakukan eksperimen dengan menggunakan elektrolit berbasis ester (ethyl acetate), yaitu bahan yang memiliki titik beku rendah yang memungkinkannya melakukan muatan bahkan pada suhu yang sangat rendah sekali.

Untuk elektroda, mereka menggunakan dua senyawa organic, yakni katoda polytriphenylamine (PTPAn) dan anhidrida oksida 1,4H8-naftalenetetrakarboksilat (NTCDA) - anoda polimida (PNTCDA) yang baru.

Tidak seperti elektroda yang digunakan dalam baterai lithium-ion, senyawa organik ini tidak bergantung pada interkalasi, atau proses ion yang pengintegrasian terus-menerus ke dalam matriks molekulernya, dan akan melambat saat suhu turun.

"Eksperimen ini menguntungkan elektrolit elektrolit berbasis etil asetat dan organik, baterai isi ulang dapat bekerja dengan baik pada suhu ultra rendah suhu -70 derajat celcius," kata Dr. Yong-yao Xia.

Dr. Yong-yao Xia dan timnya percaya, hasil risetnya ini mungkin bisa menjadi solusi yang lebih elegan daripada upaya alternatif untuk meningkatkan fungsi baterai lithium-ion pada suhu ekstrem.

Seperti diketahui, sudah banyak peneliti baterai lainnya telah mencoba memperbaiki masalah ini dengan mengembangkan aditif untuk memanaskan baterai secara eksternal atau dengan menggunakan elektrolit gas cair. Namun solusi ini memerlukan bahan tambahan yang menambah berat ekstra.

Dr Yong-yao Xia berpendapat, bahwa komposisi baterai juga memiliki banyak kualitas produksi lainnya. "Dibandingkan dengan bahan elektroda yang mengandung logam transisi dengan baterai lithium-ion konvensional, bahan organik berlimpah, murah, dan ramah lingkungan," katanya.

Dia memperkirakan harga bahan elektroda yang dipakai untuk eksperimen ini, sekitar sepertiga dari harga elektroda dalam baterai lithium-ion. Namun, baterai masih akan memerlukan beberapa riset lagi sebelum siap meninggalkan laboratorium untuk dikomersialkan.

Dr. Yong-yau Xia percaya, energi spesifik (energi per satuan massa) baterai yang dikembangkannya masih rendah dibandingkan dengan baterai lithium-ion yang dikomersilkan, dan proses perakitan perlu dioptimalkan lebih lanjut.

"Tetapi meskipun memiliki energi spesifik rendah, ini memberikan yang terbaik. Menjanjikan potensi dalam aplikasi lapangan khusus, "kata Dr Yong-yau Xia. yun/E-6

Teknologi Baterai Memanfaatkan Air Laut

Inovasi baterai yang bisa beroperasi di suhu yang sangat dingin yang diciptakan Dr Yong-yau Xia, cukup menjanjikan. Namun inovasi lain dari baterai ini juga cukup dinanti, apalagi saat ini kebutuhan energi di baterai cukup tinggi karena meningkatnya pengguna baterai lithium-ion yang di mana-mana menggunakan smartphone, serta perangkat isi ulang lainnya.

Bila ketersediaannya sangat susah, sulit untuk membayangkan bagaimana menggantikannya. Namun kenaikan harga lithium telah mendorong pencarian alternatif.

Salah satu teknologi baterai yang mutakhir menggunakan air laut yang melimpah dan mudah didapat. Seperti yang dilakukan Soo Min Hwang, Youngsik Kim dan rekannya di Korea Selatan. Peneliti ini menawarkan baterai air tawar dan udara natrium. Studi tersebut dimuat di jurnal ACS Applied Materials & Interfaces .

Sodium-air-atau sodium-oxygen-battery dianggap salah satu alternatif yang paling menjanjikan dan hemat biaya untuk standby lithium-ion saat ini. Tapi beberapa tantangan tetap ada sebelum bisa menjadi kenyataan komersial.

Periset Soo Min Hwang dan Youngsik Kim, menggunakan air laut sebagai katolit-elektrolit dan katoda. Pada baterai, elektrolit adalah komponen yang memungkinkan muatan listrik mengalir di antara katoda dan anoda.

"Aliran konstan air laut masuk dan keluar dari baterai memberikan ion natrium dan air yang bertanggung jawab untuk menghasilkan muatan.

Reaksinya masih lamban, bagaimanapun. Jadi para peneliti ingin menemukan cara untuk mempercepatnya,"ujar Min Hwang, seperti dikutip Globaltimes.

Untuk baterai air laut ini, mereka menyiapkan katalis dengan menggunakan nanopartikel oksida mangan oksida kental. Pori-pori menciptakan are apermukaan yang besar untuk mendorong reaksi elektrokimia yang dibutuhkan untuk menghasilkan muatan. Elektroda karbon keras berfungsi sebagai anoda.

Baterai yang dihasilkan dilakukan secara efisien lebih dari 100 siklus dengan tegangan discharge rata-rata sekitar 2,7 volt. "Ini belum sesuai dengan sel lithium-ion, yang bisa mencapai 3,6 sampai 4,0 volt, namun kemajuannya semakin dekat dengan menjembatani kesenjangan tersebut," kata Min Hwang. yun/E-6