Kemajuan Teknologi Baterai Zinc-Air Memanfaatkan AI untuk Efisiensi Tinggi dan Waktu Operasi yang Diperpanjang

Para peneliti di Singapura berhasil mengatasi masalah utama baterai ion seng, yaitu pembentukan dendrit yang menyebabkan baterai cepat rusak dan berisiko. Dengan menggunakan kecerdasan buatan, mereka berhasil menemukan material pelindung baru yang mencegah pembentukan dendrit tersebut. Dendrit adalah struktur kecil seperti jarum yang muncul selama proses pengisian baterai dan sering menyebabkan korsleting. Pendekatan tradisional untuk mengatasi hal ini dilakukan dengan cara trial and error yang memakan waktu lama dan biaya besar. Melalui kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin, tim peneliti mampu menganalisis lebih dari 168.000 kombinasi material dalam waktu singkat. Solusinya adalah material metal-organic framework berbasis cerium dan besi yang dapat mencegah pembentukan dendrit. Baterai dengan lapisan pelindung ini menunjukkan daya tahan yang luar biasa, bisa beroperasi selama lebih dari 4.300 jam dan mempertahankan efisiensi hingga 99,8 persen meskipun sudah diisi ulang sebanyak 1.400 kali. Ini jauh lebih baik dibandingkan baterai konvensional lainnya. Penemuan ini tidak hanya penting untuk baterai ion seng saja, tetapi juga untuk teknologi penyimpanan energi secara umum. Penggunaan AI membuka kesempatan baru dalam inovasi teknologi energi yang lebih bersih, pintar, dan ramah lingkungan.

Baterai zinc-air merupakan solusi energi yang lebih ringan dan aman dibanding baterai lithium-ion, tetapi kinerjanya selama ini terbatas oleh reaksi reduksi oksigen (ORR) yang lambat. Ini menyebabkan efisiensi menurun dan masa pakai baterai yang singkat. Peneliti dari Tohoku University mempelopori penciptaan katalis atom ganda yang menggabungkan besi dan kobalt dalam struktur karbon berpori untuk mempercepat ORR. Pendekatan ini didukung oleh simulasi komputer yang mempertimbangkan pH baterai alkaline. Katalis Fe₁Co₁-N-C ini ternyata lebih aktif daripada katalis platinum yang umum digunakan, menghasilkan baterai zinc-air dengan tegangan tinggi 1,51 volt dan kepadatan energi 1.079 Wh per kg zinc yang melebihi standar sebelumnya. Selain performa dan efisiensi yang luar biasa, baterai ini juga menunjukkan ketahanan lama, mampu bertahan sampai 7.200 siklus pengisian dan tingginya arus listrik yang dapat ditanggung tanpa degradasi signifikan. Penemuan ini tidak hanya menjanjikan penghematan biaya karena menggunakan bahan lebih murah dan mudah didapat seperti besi dan kobalt, tetapi juga membuka jalan bagi pengembangan baterai masa depan yang tahan lama, lebih aman, dan ramah lingkungan.

Baterai lithium-ion tradisional yang saat ini digunakan di banyak perangkat seperti smartphone dan laptop memiliki keterbatasan dalam kapasitas energi. Silicon dipercaya sebagai bahan anoda pengganti yang menjanjikan karena kapasitasnya yang jauh lebih besar dibandingkan grafit, namun tantangannya adalah silicon mengalami perubahan ukuran yang sangat besar selama siklus pengisian dan pengosongan baterai. Perubahan ukuran silicon ini menyebabkan terjadinya celah mekanis antara elektroda dan elektrolit, sehingga performa baterai menurun dengan cepat. Untuk mengatasi masalah ini, para peneliti beralih menggunakan elektrolit padat atau quasi padat yang menawarkan kestabilan dan keamanan lebih baik dibandingkan elektrolit cair. Meskipun elektrolit padat bisa membantu, masalah lain muncul karena elektrolit ini sulit menjaga kontak penuh dengan silicon yang mengembang dan menyusut, sehingga terjadi pemisahan dan mengurangi kinerja seiring waktu. Oleh karena itu, diperlukan solusi yang dapat mempertahankan hubungan antar elektroda dan elektrolit agar tetap kuat dan stabil. Tim penelitian dari POSTECH dan Sogang University mengembangkan strategi Interlocking Electrode–Electrolyte (IEE) yang menggabungkan elektroda dan elektrolit dengan membentuk ikatan kimia kovalen. Sistem ini memastikan hubungan antar komponen tetap erat seperti batu bata yang diikat dengan mortar, bahkan saat mengalami tekanan mekanis yang kuat. Hasil pengujian menunjukan baterai dengan desain IEE bisa mempertahankan kapasitasnya selama banyak siklus pengisian dan pengosongan. Selain itu, baterai ini memiliki kepadatan energi yang jauh lebih besar dibandingkan baterai lithium-ion biasa, yang berpotensi membuat kendaraan listrik dapat berjalan lebih jauh dan perangkat elektronik bertahan lebih lama.