Teknologi baterai pilihan kita – lithium-ion – memiliki beberapa kelemahan yang serius.
Selama beberapa dekade, para peneliti mencari teknologi terbaik untuk memenuhi kebutuhan gaya hidup modern kita dan memungkinkan teknologi bersih, seperti mobil listrik. Sejak awal tahun 90-an, teknologi baterai pilihan adalah lithium-ion. Ia digunakan dalam segala hal, mulai dari telepon seluler dan mobil Tesla hingga fasilitas penyimpanan cadangan energi dan bahkan satelit. Namun, meskipun ia membawa kita ke abad 21, teknologi ini memiliki beberapa kelemahan serius.
Pertama, penambangan bahan yang dibutuhkan untuk membuatnya, seperti kobalt, biasanya sangat merusak lingkungan. Menambang kobalt menghancurkan ekosistem yang luas dan bahkan melepaskan bahan kimia beracun. (Dalam praktiknya, ada juga pertanyaan kemanusiaan, karena beberapa kondisi kerja tambang ini mematikan dan menggunakan tenaga kerja anak-anak.)
Lalu ada masalah daur ulang. Kita menuntut waktu pengisian daya yang lebih cepat dari perangkat kita. Ini berlaku untuk segala hal, mulai dari smartphone hingga mobil. Namun, seperti diketahui oleh pengguna smartphone, baterai lithium-ion dapat kehilangan kapasitas jika Anda berulang kali mengisi daya dengan cepat.
Degradasi baterai adalah kekhawatiran serius, terutama untuk dunia kendaraan listrik. Mobil listrik bekas bisa tidak berguna jika baterainya telah habis masa pakainya, yang akan memakan biaya tinggi untuk menggantinya. Secara keseluruhan, ini memperlambat adopsi kendaraan listrik. Juga berarti limbah elektronik, yang sudah menjadi masalah besar, akan memburuk.

Ada juga masalah densitas. Baterai lithium-ion relatif padat energi, tetapi masih cukup berat, besar, dan kurang fleksibel. Ini membatasi jangkauan mobil listrik karena baterai sangat berat. Ini juga membuat baterai tidak mungkin diterapkan untuk beberapa aplikasi, seperti pesawat dan kapal laut listrik komersial.
Bahkan ada masalah kebakaran dengan baterai lithium-ion, sebab sel yang rusak karena cacat produksi atau karena degradasi dapat tiba-tiba terbakar dengan intens. Lihat saja apa yang terjadi dengan beberapa ponsel lama Samsung (Note 7) dan Rimac EV yang dikendarai Richard Hammond (salah satu pembawa acara BBC Top Gear).
Inilah sebabnya mengapa para ilmuwan di Universitas Drexel Philadelphia, Amerika, mencari tipe baterai yang benar-benar baru, yang dikenal sebagai lithium-sulfur.
Lithium-sulfur tampaknya memang mampu memecahkan semua masalah lithium-ion. Ia menggunakan bahan yang jauh lebih ramah lingkungan. Biaya produksinya pun bisa lebih murah. Hasilnya tiga kali lebih padat energi (artinya baterai lebih ringan), dan jauh lebih kebal dari potensi terbakar.

Mengapa kita belum memiliki baterai ini?
Nah, baterai lithium-sulfur mengidap satu masalah besar. Sementara baterai lithium-ion dapat digunakan selama sekitar 2.000 siklus pengisian, lithium-sulfur biasanya terbatas hanya setengahnya. Jadi, setelah satu atau dua tahun penggunaan wajar, baterai lithium-sulfur mati.
*
Untuk mengatasi ini, tim Drexel mencoba pendekatan baru terhadap lithium-sulfur, dengan mengubah senyawa dalam katoda baterai.
Tujuannya untuk memperlambat reaksi kimia yang menciptakan kristal polisulfida saat baterai diisi dan digunakan. Kristal-kristal ini sangat efektif mengambil sulfur dari elektroda dan pada akhirnya menyebabkan hilangnya kapasitas yang besar. Dengan memperlambat reaksi ini maka baterai lithium-sulfur menjadi sangat padat energi dan dapat bertahan lebih lama.
Tapi yang mereka temukan justru luar biasa: sebuah fase kimia sulfur yang pada dasarnya menghentikan degradasi baterai. Mereka sangat terkejut dengan temuan ini sehingga harus memeriksanya 100 kali untuk memastikan bahwa mereka tidak salah membacanya.
Fase kimia ini dikenal sebagai fase gamma sulfur monoklinik, namun sebelumnya hanya pernah diamati di laboratorium pada suhu tinggi – di atas 95°C (203°F). Ini adalah pertama kalinya ia dilihat pada suhu kamar. Fase ini sepenuhnya menghentikan reaksi yang menciptakan polisulfida. Ini sangat efektif sehingga ilmuwan menguji baterai melalui 4.000 siklus pengisian tanpa penurunan kapasitas. Artinya baterai ini bertahan setidaknya dua kali lebih lama daripada lithium-ion. Juga, baterai baru ini tiga kali lebih padat energi daripada lithium-ion dan bisa diisi dengan cepat.
Temuan ini benar-benar luar biasa. Dan fase baru sulfur ini juga memiliki manfaat lain, seperti mengurangi ekspansi baterai dan meningkatkan keamanan. Dengan kata lain, baterai ini memiliki semua ciri baterai produksi massal yang ideal, dan para ilmuwan menemukannya secara tidak sengaja.
Seperti kebanyakan penemuan tak sengaja, para ilmuwan belum tahu apa yang sebenarnya terjadi. Mereka belum paham mengapa fase sulfur ini terbentuk atau bagaimana memastikan agar tetap demikian. Maka penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menjawab pertanyaan ini, agar pengembangan baterai dapat diandalkan untuk digunakan di miliaran komputer, mobil listrik, dan sejenisnya.
Tetapi penantian itu akan sepadan karena baterai ini hanya akan sepertiga berat dari baterai lithium-ion setara dan umur dua kali lipat.
Ini juga berarti mobil listrik yang lebih cepat, lebih efisien dengan jangkauan ribuan kilometer akan tersedia secara komersial dengan biaya serupa dengan mobil listrik saat ini. Lebih penting lagi: mobil masih akan berguna selama 10 tahun ke depan, yang secara dramatis mengurangi limbah dan meningkatkan laju adopsi mobil listrik.
Selain itu, penerbangan jarak pendek, kapal kargo, dan feri penumpang akan memiliki teknologi yang memungkinkan mereka beralih sepenuhnya ke listrik. Pengurangan berat, umur panjang, dan harga yang kompetitif akan membuat sektor-sektor ini akhirnya bisa mencapai tujuan karbon rendah mereka.
Singkatnya, baterai lithium-sulfur dapat memungkinkan berbagai aktivitas untuk beralih ke listrik, sehingga membuat kita lebih mudah mewujudkan karbon netral.
Lebih luar biasa lagi, bahan-bahan seperti lithium, sulfur, dan bahan lain yang digunakan dalam baterai baru ini melimpah di seluruh bumi. Ini berarti kita dapat meminimalkan dampak ekologi dari pertambangan serta memastikan pasokan yang lebih kuat.
Namun, semua itu bukanlah akhir dari penemuan ini. Tim Drexel sudah mencari cara untuk menggunakan temuan ini untuk membuat baterai natrium-sulfur. Dengan menghilangkan kebutuhan akan lithium, mereka dapat membuat baterai yang lebih ramah lingkungan dan menghilangkan hambatan pasokan, sehingga memastikan adopsi kendaraan listrik bisa terus berjalan dengan cepat.
Penemuan tak disengaja di Drexel ini siap merevolusi penggunaan energi dunia dan membantu manusia beralih ke masyarakat bersih dan karbon netral. Mari berharap tim di Drexel bisa segera mengeluarkan teknologi ini dari laboratorium dan menghadirkannya kepada kita semua.
Sumber:
Add comment