Teknologi Baterai Terobosan untuk Meningkatkan Penyimpanan Energi pada Jaringan California

California sedang menguji sistem baterai inovatif yang menggunakan proses unik yaitu reversible rusting atau karatan yang bisa dibalik. Sistem ini dikembangkan oleh perusahaan bernama Form Energy dan akan dipasang di Mendocino County, California. Teknologi ini diharapkan dapat menyediakan listrik bersih selama beberapa hari, menggantikan peran baterai lithium-ion dan pembangkit listrik gas yang selama ini digunakan. Baterai besi-udara ini berbeda dari baterai lithium-ion karena menggunakan reaksi oksidasi besi untuk menyimpan dan menghasilkan energi listrik. Ketika baterai digunakan, besi bereaksi dengan oksigen dan air membentuk karat. Saat dicas, reaksi ini dibalik sehingga besi kembali ke bentuknya semula. Proses ini bisa diulang berkali-kali tanpa banyak kehilangan kualitas baterai. Meskipun baterai ini memiliki efisiensi sekitar 60 persen, lebih rendah daripada lithium-ion yang mencapai 90 persen, keunggulan utamanya adalah mampu menyimpan energi dalam jangka waktu sangat panjang yaitu sampai 100 jam atau lebih dari 4 hari. Ini jauh lebih lama dibandingkan baterai lithium-ion yang biasanya hanya bertahan beberapa jam saja. California saat ini memiliki kapasitas penyimpanan baterai sebesar 16 gigawatt dengan hampir semua menggunakan lithium-ion. Namun, masalah biaya, risiko kebakaran, dan degradasi memotivasi pemerintah agar mendukung teknologi penyimpanan energi jangka panjang seperti baterai besi-udara. Melalui program Long-Duration Storage, California menargetkan 50 gigawatt kapasitas baterai pada tahun 2045. Teknologi baterai besi-udara diproduksi di fasilitas bekas pabrik baja di West Virginia, yang memungkinkan produksi massal dan pengurangan biaya. Dengan terus dikembangkan, teknologi ini berpotensi menjadi alternatif yang lebih murah, aman, dan tahan lama dibanding lithium-ion, sekaligus membantu transisi California menuju energi bersih yang berkelanjutan.

Para peneliti di Korea berhasil meningkatkan umur dan performa baterai ion natrium dengan menambahkan lithium hexafluorophosphate (LiPF6) ke dalam elektrolit baterai. Penambahan ini membantu membentuk lapisan pelindung yang lebih kuat di dalam baterai. Dengan penggunaan LiPF6, baterai mampu mempertahankan 92,7% kapasitasnya setelah 400 siklus pengisian dan pengosongan. Angka ini jauh lebih baik dibandingkan baterai serupa yang biasanya hanya bertahan hingga 80%. Lapisan pelindung yang disebut solid electrolyte interphase (SEI) pada anoda menjadi lebih stabil dan kurang mudah larut, sehingga mengurangi pembusukan elektrolit selama pemakaian. Selain itu, lithium juga memperkuat struktur katoda dengan membentuk 'pilar ion lithium' di permukaannya. Penggunaan LiPF6 ini juga mengurangi terbentuknya gas CO2 yang berarti mengurangi degradasi komponen baterai. Hal ini membuat baterai lebih awet dan aman untuk penggunaan jangka panjang. Penelitian ini memberikan harapan bagi pengembangan baterai natrium yang ramah lingkungan dan ekonomis, khususnya untuk penyimpanan energi berskala besar yang mendukung energi terbarukan. Selain itu, metode ini bisa diterapkan secara luas karena proses pembuatannya yang dapat diskalakan.

Perangkat elektronik modern semakin diperkecil ukurannya sehingga menimbulkan tantangan baru dalam hal pendinginan dan konektivitas yang kuat. Metode tradisional tidak lagi cukup efektif karena ruang yang sangat terbatas, sehingga nanoteknologi hadir sebagai solusi dengan memberikan bahan yang dapat mengelola panas dan meningkatkan koneksi. Sebuah tim peneliti dari University of Pittsburgh dan Rutgers University dipimpin oleh Mostafa Bedewy dan Ahmed Aziz Ezzat sedang meneliti nanopartikel besi berukuran nano yang ditanam di atas alumina. Nanopartikel ini akan menjadi benih untuk menumbuhkan karbon nanotube, yang memiliki kekuatan dan konduktivitas sangat baik, dan sangat kecil ukurannya dibandingkan dengan apa yang ada saat ini. Karbon nanotube dapat menjadi kunci dalam meningkatkan kemampuan pendinginan di dalam perangkat elektronik yang sangat kecil. Namun, proses pertumbuhan nanotube melalui nanopartikel ini sangat kompleks dan sulit dikontrol, mirip dengan memasak dengan bahan rumit pada suhu dan kondisi tertentu. Peneliti menggunakan mikroskop canggih bernama environmental transmission electron microscope (E-TEM) untuk mengamati perilaku nanopartikel secara langsung. Dibantu oleh teknologi pembelajaran mesin, mereka dapat memproses ratusan gambar dengan cepat sehingga dapat memprediksi dan memahami bagaimana nanopartikel tumbuh dan bertindak sebagai 'benih' nanotube. Selain dampak langsung pada teknologi pendinginan perangkat, karbon nanotube juga menjanjikan aplikasi luas lain seperti dalam penyimpanan energi, material komposit, dan komponen otomotif. Penelitian ini menjadi langkah penting dalam pengembangan perangkat elektronik lebih canggih dan efisien di masa depan.

Para peneliti di Korea Selatan berhasil mengembangkan pelapis tipis dari material dua dimensi molybdenum disulfide atau MoS2 yang dapat memperpanjang umur baterai solid-state tanpa anoda hingga tujuh kali lipat. Baterai jenis ini menjadi harapan utama sebagai teknologi baterai masa depan karena lebih aman dan padat energinya. Masalah utama pada baterai solid-state tanpa anoda adalah ketidakstabilan di antarmuka elektrolit padat dan kolektor arus yang menyebabkan pertumbuhan dendrit lithium berbahaya. Selama ini pelapis logam mulia seperti perak digunakan, namun biayanya tinggi dan sulit disebarluaskan secara massal. Tim peneliti menggunakan teknik metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) untuk menumbuhkan lapisan MoS2 pada kolektor arus stainless steel. Lapisan ini bereaksi dengan lithium membentuk molybdenum logam dan lithium sulfida yang menciptakan zona buffer dinamis untuk mencegah dendrit dan menstabilkan antarmuka. Dalam pengujian laboratorium, baterai dengan lapisan MoS2 mampu bertahan hingga 300 jam operasi stabil, sementara baterai tanpa pelapis hanya 95 jam. Prototipe baterai penuh menunjukkan peningkatan kapasitas awal dan daya tahan yang jauh lebih baik setelah 20 siklus pengisian. Para ilmuwan meyakini teknologi ini adalah langkah penting menuju komersialisasi baterai solid-state yang lebih murah, aman, dan tahan lama. Mereka memperkirakan teknologi ini dapat siap diaplikasikan secara praktis pada tahun 2032 mendatang.