Kemajuan dalam Material Baterai Meningkatkan Performa dan Efisiensi

Baterai lithium selama ini menjadi pilihan utama untuk menyimpan energi di kendaraan listrik, elektronik, dan jaringan listrik. Namun, lithium memiliki kelemahan biaya tinggi dan kelangkaan sumber daya. Hal ini mendorong para ilmuwan mencari alternatif bahan yang lebih murah dan melimpah, seperti natrium. Natrium memang merupakan pilihan yang menarik, tetapi teknologi baterai berbasis natrium mengalami kesulitan dalam performa pada suhu yang biasa kita gunakan sehari-hari. Kini, ilmuwan dari University of Chicago bersama dengan peneliti dari Singapura berhasil membuat terobosan penting. Mereka berhasil mengembangkan baterai natrium dengan elektrolit padat yang bisa bekerja dengan sangat baik pada suhu ruang dan bahkan sampai suhu di bawah nol derajat. Inovasi ini mengatasi kelemahan utama baterai natrium yang sulit berfungsi pada kondisi nyata di lapangan. Kunci dari terobosan ini adalah menemukan struktur kristal metastabil yang disebut natrium hydridoborate. Struktur ini memiliki konduktivitas ionik yang jauh lebih tinggi dibandingkan yang pernah dipublikasikan sebelumnya. Cara membuatnya pun cukup sederhana dengan teknik pemanasan diikuti pendinginan cepat, yang memungkinkan struktur kristal ini terkunci stabil dan siap digunakan sebagai elektrolit solid-state. Selain itu, baterai ini juga menggunakan katoda tipe O3 yang dilapisi elektrolit padat berbasis klorida sehingga bisa dibuat lebih tebal. Katoda yang tebal ini bermakna baterai bisa menyimpan lebih banyak energi dalam satu area tanpa menambah bahan yang tidak aktif. Ini membuat baterai natrium semakin mendekati performa baterai lithium sekaligus menawarkan biaya yang lebih rendah. Penelitian ini membuka jalan baru untuk teknologi baterai yang lebih ramah lingkungan dan hemat biaya. Para peneliti menegaskan ini bukan tentang memilih natrium atau lithium secara eksklusif, namun keduanya akan saling melengkapi di masa depan. Dengan kemajuan ini, harapan menuju baterai sodium yang layak komersial semakin nyata dan dapat mempercepat transisi energi bersih.

Para ilmuwan di Monash University berhasil mengembangkan bahan karbon baru untuk superkapasitor yang mampu menyimpan energi setara baterai timbal-asam sekaligus mampu mengeluarkan daya dengan sangat cepat. Penemuan ini menjadi terobosan dalam teknologi penyimpanan energi yang dapat mengubah wajah transportasi listrik, stabilisasi jaringan energi, dan elektronika konsumen. Teknologi ini menggunakan bahan bernama multiskala reduced graphene oxide (M-rGO) yang berasal dari grafit alami, bahan yang melimpah di Australia. Dengan metode perpanasan cepat atau rapid thermal annealing, mereka menciptakan struktur graphene yang melengkung dan jalur ion yang teratur sehingga mempercepat aliran muatan listrik. Superkapasitor yang dibuat dari bahan ini dapat mencapai densitas energi hingga 99,5 Wh per liter dan densitas daya sampai 69,2 kW per liter saat menggunakan elektrolit cairan ionik. Selain itu, perangkat ini juga memiliki siklus pemakaian yang stabil dan waktu pengisian baterai yang sangat cepat. Salah satu keunggulan teknologi ini ialah proses pembuatannya yang bisa diproduksi secara massal dan menggunakan sumber daya alam Australia yang melimpah. Hal ini memberikan harapan bahwa teknologi ini akan cepat berkembang dan tersedia secara luas di berbagai industri. Saat ini, teknologi superkapasitor ini tengah dikomersialisasikan oleh Ionic Industries, spin-off dari Monash University. Mereka bekerjasama dengan mitra di industri penyimpanan energi untuk membawa teknologi ini ke pasar, yang menjanjikan banyak aplikasi penting seperti kendaraan listrik, drone, dan perangkat elektronik berperforma tinggi.

Baterai natrium ion menjadi alternatif menarik untuk baterai lithium ion karena natrium lebih melimpah dan murah. Namun, material katoda yang umum digunakan, yaitu oksida mangan natrium, sering mengalami penurunan kapasitas yang cepat. Hal ini terjadi karena distorsi Jahn-Teller yang merusak struktur kristalnya selama siklus pengisian dan pengosongan baterai. Peneliti dari Tokyo University of Science, yang dipimpin oleh Profesor Shinichi Komaba, melakukan penelitian untuk mengeksplorasi efek doping scandium pada material katoda na2/3[Mn1−xScx]O2. Penelitian ini menunjukkan bahwa doping scandium pada polytype P′2 dapat membantu menjaga struktur material tetap stabil. Selain menjaga kestabilan struktur, doping scandium juga berhasil mengurangi reaksi samping dengan elektrolit dan meningkatkan ketahanan material terhadap kelembaban. Hal ini tidak ditemukan pada polytype P2 atau doping dengan logam lain seperti ytterbium dan aluminium, menunjukkan efek unik scandium pada material tersebut. Dalam pengujian, sel baterai tipe koin dengan katoda yang didoping scandium sebanyak 8% berhasil mempertahankan kapasitas hingga 60% setelah 300 siklus pemakaian. Ini menandakan peningkatan kinerja dan umur baterai dibandingkan dengan katoda tanpa doping scandium. Temuan ini membuka peluang besar dalam pengembangan baterai natrium ion yang lebih handal dan tahan lama. Selain itu, strategi ini juga dapat diterapkan untuk memperbaiki material baterai lainnya yang rentan terhadap distorsi struktural, sehingga membantu kemajuan teknologi penyimpanan energi.