Catatan Editor: Teknologi kelistrikan adalah masa depan bumi hijau, dan teknologi baterai adalah fondasi teknologi kelistrikan dan kunci untuk membatasi pengembangan teknologi kelistrikan skala besar. Teknologi baterai mainstream saat ini adalah baterai lithium-ion, yang memiliki kepadatan energi yang baik dan efisiensi yang tinggi. Namun litium merupakan unsur langka dengan biaya tinggi dan sumber daya terbatas. Pada saat yang sama, seiring dengan meningkatnya penggunaan sumber energi terbarukan, kepadatan energi baterai lithium-ion tidak lagi mencukupi. bagaimana menanggapinya? Mayank Jain telah mempertimbangkan beberapa teknologi baterai yang mungkin digunakan di masa depan. Artikel asli diterbitkan di media dengan judul: Masa Depan Teknologi Baterai
Bumi penuh dengan energi, dan kita melakukan segala yang kita bisa untuk menangkap dan memanfaatkan energi tersebut. Meskipun kita telah melakukan pekerjaan yang lebih baik dalam transisi ke energi terbarukan, kita belum mencapai banyak kemajuan dalam penyimpanan energi.
Saat ini, standar teknologi baterai tertinggi adalah baterai lithium-ion. Baterai ini tampaknya memiliki kepadatan energi terbaik, efisiensi tinggi (sekitar 99%), dan umur panjang.
Jadi apa yang salah? Seiring dengan meningkatnya energi terbarukan yang kita peroleh, kepadatan energi baterai litium-ion tidak lagi mencukupi.
Karena kita dapat terus memproduksi baterai dalam jumlah banyak, hal ini sepertinya bukan masalah besar, namun masalahnya adalah litium merupakan logam yang relatif langka, sehingga biayanya tidak murah. Meskipun biaya produksi baterai menurun, kebutuhan akan penyimpanan energi juga meningkat pesat.
Kita telah mencapai titik di mana setelah baterai lithium ion diproduksi, hal tersebut akan berdampak besar pada industri energi.
Kepadatan energi bahan bakar fosil yang lebih tinggi adalah sebuah fakta, dan hal ini merupakan faktor besar yang menghambat transisi menuju ketergantungan total pada energi terbarukan. Kita membutuhkan baterai yang mengeluarkan lebih banyak energi daripada berat badan kita.
Cara kerja baterai lithium-ion
Mekanisme kerja baterai lithium mirip dengan baterai kimia AA atau AAA biasa. Mereka memiliki terminal anoda dan katoda, dan elektrolit di antaranya. Berbeda dengan baterai biasa, reaksi pengosongan pada baterai lithium-ion bersifat reversibel, sehingga baterai dapat diisi ulang berulang kali.
Katoda (+ terminal) terbuat dari litium besi fosfat, anoda (-terminal) terbuat dari grafit, dan grafit terbuat dari karbon. Listrik hanyalah aliran elektron. Baterai ini menghasilkan listrik dengan memindahkan ion litium antara anoda dan katoda.
Ketika bermuatan, ion-ion berpindah ke anoda, dan ketika dilepaskan, ion-ion tersebut mengalir ke katoda.
Pergerakan ion ini menyebabkan pergerakan elektron dalam rangkaian, sehingga pergerakan ion litium dan pergerakan elektron saling berkaitan.
Baterai anoda silikon
Banyak perusahaan mobil besar seperti BMW telah berinvestasi dalam pengembangan baterai anoda silikon. Seperti baterai litium-ion biasa, baterai ini menggunakan anoda litium, tetapi alih-alih anoda berbasis karbon, baterai ini menggunakan silikon.
Sebagai anoda, silikon lebih baik dibandingkan grafit karena memerlukan 4 atom karbon untuk menampung litium, dan 1 atom silikon dapat menampung 4 ion litium. Ini merupakan peningkatan besar… menjadikan silikon 3 kali lebih kuat dari grafit.
Meski demikian, penggunaan litium masih menjadi pedang bermata dua. Bahan ini masih mahal, tetapi juga lebih mudah untuk memindahkan fasilitas produksi ke sel silikon. Jika baterainya benar-benar berbeda, pabrik harus mendesain ulang sepenuhnya, yang akan menyebabkan daya tarik peralihan menjadi sedikit berkurang.
Anoda silikon dibuat dengan mengolah pasir untuk menghasilkan silikon murni, namun masalah terbesar yang dihadapi para peneliti saat ini adalah anoda silikon membengkak saat digunakan. Hal ini dapat menyebabkan baterai cepat rusak. Juga sulit untuk memproduksi anoda secara massal.
Baterai grafena
Graphene merupakan salah satu jenis serpihan karbon yang menggunakan bahan yang sama dengan pensil, namun membutuhkan banyak waktu untuk menempelkan grafit pada serpihan tersebut. Graphene dipuji karena kinerjanya yang luar biasa dalam banyak kasus penggunaan, dan baterai adalah salah satunya.
Beberapa perusahaan sedang mengerjakan baterai graphene yang dapat terisi penuh dalam hitungan menit dan habis 33 kali lebih cepat dibandingkan baterai lithium-ion. Ini sangat bermanfaat bagi kendaraan listrik.
Baterai busa
Saat ini, baterai tradisional berbentuk dua dimensi. Mereka ditumpuk seperti baterai lithium atau digulung seperti baterai AA atau lithium-ion pada umumnya.
Baterai busa adalah konsep baru yang melibatkan pergerakan muatan listrik dalam ruang 3D.
Struktur 3 dimensi ini dapat mempercepat waktu pengisian dan meningkatkan kepadatan energi, ini adalah kualitas baterai yang sangat penting. Dibandingkan dengan kebanyakan baterai lainnya, baterai busa tidak memiliki elektrolit cair yang berbahaya.
Baterai busa menggunakan elektrolit padat, bukan elektrolit cair. Elektrolit ini tidak hanya menghantarkan ion litium, tetapi juga mengisolasi perangkat elektronik lainnya.
Anoda yang menampung muatan negatif baterai terbuat dari tembaga berbusa dan dilapisi dengan bahan aktif yang dibutuhkan.
Elektrolit padat kemudian diterapkan di sekitar anoda.
Terakhir, apa yang disebut “pasta positif” digunakan untuk mengisi celah di dalam baterai.
Baterai Aluminium Oksida
Baterai ini memiliki salah satu kepadatan energi terbesar dibandingkan baterai mana pun. Energinya lebih bertenaga dan ringan dibandingkan baterai lithium-ion saat ini. Beberapa orang mengklaim bahwa baterai ini dapat menyediakan kendaraan listrik sepanjang 2.000 kilometer. Apa konsep ini? Sebagai referensi, daya jelajah maksimum Tesla adalah sekitar 600 kilometer.
Masalah dengan baterai ini adalah tidak dapat diisi. Mereka menghasilkan aluminium hidroksida dan melepaskan energi melalui reaksi aluminium dan oksigen dalam elektrolit berbasis air. Penggunaan baterai mengkonsumsi aluminium sebagai anoda.
Baterai natrium
Saat ini, para ilmuwan Jepang sedang mengerjakan pembuatan baterai yang menggunakan natrium sebagai pengganti litium.
Hal ini akan mengganggu, karena baterai natrium secara teoritis 7 kali lebih efisien dibandingkan baterai litium. Keuntungan besar lainnya adalah natrium merupakan unsur terkaya keenam dalam cadangan bumi, dibandingkan litium, yang merupakan unsur langka.
Waktu posting: 02 Des-2019