Terobosan dalam Penyimpanan Energi: Superkapasitor Pengisi Diri Menetapkan Standar Baru dalam Efisiensi Energi

Minggu pertama tahun 2025 melihat saham tenaga surya mengalami rally yang bagus saat Tesla (TSLA ) mengumumkan penyebaran penyimpanan energi rekornya.

Pada tahun 2024, perusahaan mobil listrik, yang divisi penyimpanan energinya memproduksi baterai residensial dan komersial untuk menyimpan energi surya, menempatkan 31,5 gigawatt jam produk penyimpanan energi, sementara hampir 35% darinya (11GWh) didistribusikan hanya pada Q4 2024.

Perusahaan produsen baterai China Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL), yang memasok sel baterai ke Tesla, juga merilis miliknya sistem penyimpanan energi yang dapat diproduksi massal yang disebut TENER tahun lalu. Sistem ini memiliki kapasitas 6,25 MWh dan densitas energi 430 Wh/L sambil mencapai degradasi nol selama lima tahun.

Perkembangan besar dalam ruang penyimpanan energi ini sangat penting karena meningkatnya permintaan energi. Permintaan ini didorong oleh pertumbuhan populasi dunia, urbanisasi, pertumbuhan ekonomi, dan kemajuan teknologi. Permintaan listrik global, menurut IEA, diperkirakan akan naik pada tingkat yang lebih cepat selama tiga tahun ke depan. Itu akan tumbuh rata-rata 3,4% per tahun hingga 2026.

Di sini, sistem penyimpanan energi dapat membantu memenuhi permintaan yang meningkat dengan mendukung pasokan listrik jaringan, transmisi, dan sistem distribusi. Dengan beralih ke mekanisme penyimpanan, operator sistem jaringan memastikan ketahanan dan keandalan jaringan. Hal ini juga menghilangkan ketergantungan pada opsi dengan jejak gas rumah kaca (GRK) yang lebih tinggi.

Jadi, apa sebenarnya penyimpanan energi? Nah, itu apa yang dikatakannya: menyimpan energi. Cara melakukannya adalah energi yang dihasilkan pertama-tama ditangkap dan kemudian disimpan untuk digunakan nanti sehingga permintaan dan pasokan dapat lebih cocok.

Sekarang, energi datang dalam berbagai bentuk: listrik, termal, kinetik, kimia, radiasi, dan gravitasi. Ini berarti bahwa untuk menyimpan energi, ia harus pertama-tama diubah menjadi bentuk yang dapat benar-benar disimpan sampai dapat diubah kembali menjadi energi listrik.

Baterai isi ulang adalah perangkat penyimpanan energi yang umum. Itu ada di ponsel Anda. Baterai ini menyimpan energi kimia yang cepat diubah menjadi listrik. Contoh populer dan berharga lainnya adalah bendungan hidroelektrik. Mereka memanfaatkan energi air yang mengalir, menghasilkan listrik, dan menyimpannya dalam reservoir.

Bahan bakar fosil juga merupakan penyimpanan energi. Mereka menyimpan energi kimia dari sinar matahari, terperangkap dalam tumbuhan dan hewan yang terdegradasi jutaan tahun yang lalu. 

Inovasi dalam Penyimpanan Energi

Energi adalah landasan utama ekonomi industri modern. Setelah semua, ia menyediakan bahan penting untuk hampir semua aktivitas manusia, mulai dari memasak, pemanasan, penerangan, kesehatan, pendidikan, dan transportasi hingga produksi makanan, produksi industri, dan penambangan mineral. Mengingat betapa pentingnya energi bagi peradaban manusia, banyak fokus pada penyimpanan energi. 

Penyimpanan energi termal (TES) adalah tipe yang mencakup penyimpanan padat, cair-udara, dan garam cair. Manfaat unik teknologi ini adalah memisahkan permintaan pemanasan dan pendinginan dari produksi daya langsung dan ketersediaan pasokan.

Penyimpanan energi udara terkompresi adalah cara lain untuk menyimpan energi; udara dikompresi ke dalam tangki penyimpanan ketika permintaan listrik rendah dan dilepaskan ketika permintaan tinggi. 

Penyimpanan hidrogen, sementara itu, adalah teknologi penyimpanan energi yang sedang berkembang. Baru-baru ini, China menghubungkan proyek penyimpanan fotovoltaik (PV)-hidrogen terintegrasi terbesar di Provinsi Jiangsu ke jaringan dan memulai pembangkit listrik. Fasilitas lepas pantai ini menggabungkan produksi hidrogen, pembangkit listrik PV, pengisian ulang, dan penyimpanan energi. Diperkirakan akan mengurangi emisi CO2 sekitar 309,400 ton per tahun, 1,125.3 ton nitrogen dioksida, dan 562.6 ton sulfur dioksida.

Baterai sedang mengubah penyimpanan energi. Mereka memimpin peralihan ke sistem energi berkelanjutan. Pertumbuhan tercepat di bidangnya, mereka mendominasi sektor tenaga. Dan berkat inovasi berkelanjutan, mereka menjadi lebih pintar, lebih baik, dan lebih murah.

Dalam penelitian terobosan penelitian beberapa tahun lalu, yang telah dikerjakan selama hampir satu dekade, ilmuwan dari Chalmers University of Technology dan KTH Royal Institute of Technology di Swedia membuat baterai struktural 10 kali lebih baik daripada percobaan sebelumnya. Baterai struktural adalah perangkat penyimpanan energi yang dapat menahan beban sebagai bagian dari struktur. 

Untuk baterai mereka, ilmuwan melapisi ‘kain’ kaca penyangga antara elektroda positif dan negatif, mengisinya dengan elektrolit polimer futuristik, lalu mengeringkannya di oven, menghasilkan sel baterai datar yang kuat dengan densitas energi 24 Wh/kg, kekakuan 25 GPa, dan tahan uji tarik di semua arah. Baterai struktural “tanpa massa” ini memiliki penggunaan utama pada mobil listrik tetapi juga dapat digunakan pada sepeda listrik, satelit, laptop, dan pesawat terbang.

Saat ini, peneliti sedang fokus pada peningkatan lebih lanjut baterai, meskipun komersialisasi belum terwujud.

Untuk menciptakan solusi yang lebih baik, peneliti kini meneliti sistem daya pengisi diri. Sistem ini memanen energi dan menyimpannya, menjadikannya sangat bermanfaat di era teknologi berikutnya, yang akan ditandai oleh teknologi 5G, Internet of Things (IoT), dan kecerdasan buatan (AI).

Perangkat penyimpanan energi pengisi diri ini dapat menyediakan daya yang stabil, otonom, dan berkelanjutan untuk revolusi industri berikutnya.

Sejauh ini, banyak upaya telah dilakukan untuk mengintegrasikan berbagai teknologi pemanen energi dengan perangkat penyimpanan energi. Ini termasuk sel surya, generator termoelektrik,  nanogenerator triboelektrik (TENG), dan nanogenerator piezoelektrik (PENG). 

Dalam penelitian baru, ilmuwan membangun perangkat penyimpanan energi pengisi diri berperforma tinggi yang dapat menyimpan energi surya secara efisien.

Perangkat baru ini secara dramatis meningkatkan kinerja perangkat superkapasitor yang ada dengan memanfaatkan material elektroda yang berbasis pada logam transisi. Peneliti lebih lanjut menciptakan teknologi penyimpanan energi baru dengan menggabungkan superkapasitor dengan sel surya untuk mencapai kinerja tinggi.

Klik di sini untuk mempelajari masa depan penyimpanan energi.

Perangkat Penyimpanan Energi Pengisi Diri

Untuk memenuhi permintaan perangkat energi berkapasitas tinggi generasi berikutnya yang menangani peningkatan konsumsi energi global dan ketergantungan yang meningkat pada perangkat elektronik portabel dan pintar, perangkat pengisi diri muncul sebagai solusi pasokan daya yang berkelanjutan dan mandiri.

Salah satu perangkat yang memanen dan menyimpan energi surya adalah foto-superkapasitor, yang menggabungkan sel surya dan superkapasitor. Sel surya silikon mengubah energi surya menjadi energi listrik, dan superkapasitor menyimpan energi ini. 

Dalam studi terbaru, yang didukung oleh hibah National Research (NRC ) Foundation of Korea (NRF) yang didanai oleh pemerintah Korea (MSIT) dan oleh Program R&D DGIST, peneliti menunjukkan perangkat penyimpanan energi pengisi diri baru yang menggabungkan sel surya silikon dan superkapasitor logam transisi biner.

Teknologi fotovoltaik (PV) silikon kristalin, yang merupakan teknologi PV paling banyak digunakan, sebenarnya merupakan alat penyimpanan energi terbarukan yang menjanjikan, menurut ITRPV, yang melaporkan teknologi ini menyumbang hingga 95% dari total 135 GW terpasang pada tahun 2022. 

Sementara itu, di antara perangkat energi surya, yang berbasis silikon semakin banyak diminati sebagai sumber daya dominan masa depan. Ini karena efisiensi konversi daya yang tinggi, stabilitas yang diperpanjang, bahan yang melimpah, tidak beracun, dan teknologi produksi yang mapan yang membantu skalabilitas.

Sedangkan superkapasitor, mereka digunakan sebagai kandidat menjanjikan untuk memberi daya pada perangkat berperforma tinggi berkat keandalan tinggi, kepadatan daya tinggi, umur siklus panjang, dan waktu pengisian singkat.

Seperti yang dicatat dalam studi, kapasitor pengisi diri diperlukan karena peningkatan cepat penggunaan perangkat elektronik portabel. Ini menciptakan kebutuhan akan sistem yang dapat diisi daya dengan cepat kapan saja dan di mana saja. 

Kemudian, ada ketergantungan yang meningkat pada sumber energi terbarukan untuk melindungi lingkungan dan mendorong pembangunan berkelanjutan. Dengan menggunakan energi surya, sistem pengisi diri mengurangi kebutuhan penggantian baterai sambil memungkinkan pasokan energi yang efisien bahkan di daerah dengan akses jaringan listrik terbatas. 

Faktor pendorong lain dari kapasitor pengisi diri adalah kemampuan pengisian dan pengosongan cepat superkapasitor, yang membuatnya sangat berguna dalam situasi darurat atau skenario di mana diperlukan konsumsi daya tinggi.

Superkapasitor Pengisi Diri Berperforma Tinggi

Mengingat kebutuhan akan kapasitor pengisi diri dan banyak manfaatnya, penelitian terbaru, yang dipublikasikan dalam jurnal Energy bulan lalu, membuat perangkat pengisi diri dengan menggabungkan superkapasitor dengan sel surya Si.

Untuk merancang elektroda, tim penelitian menggunakan material komposit karbonat dan hidroksida berbasis nikel (Ni). Kemudian, tim menambahkan ion logam transisi seperti Mangan (Mn), Kobalt (Co), Tembaga (Cu), Besi (Fe), dan Seng (Zn) untuk memaksimalkan konduktivitas dan stabilitas elektroda.

Ion logam transisi ini memungkinkan tim mengatasi masalah penurunan konduktivitas yang muncul karena hanya menggunakan ion Ni. Memperkenalkan ion logam ini memungkinkan mereka menciptakan senyawa biner sebagai material elektroda, yang menawarkan konduktivitas listrik tinggi, kapasitas reversibel, dan stabilitas struktural.

Melakukan hal ini telah meningkatkan kinerja elektroda secara signifikan, menunjukkan kemajuan besar dalam kepadatan energi dan daya serta stabilitas dalam pengisian dan pengosongan.

Dalam hal penyimpanan energi per unit berat, studi ini mencapai 35,5 Wh kg⁻¹, yang melampaui nilai (5-20 Wh kg⁻¹) yang tercatat dalam studi sebelumnya. Untuk aliran energi per unit, nilainya 2555,6 W kg⁻¹, yang lagi-lagi jauh lebih tinggi daripada yang dicapai studi sebelumnya sebesar 1000 W kg⁻¹.

Dengan kepadatan energi dan daya yang jauh lebih tinggi, studi terbaru menunjukkan kemampuan untuk melepaskan daya lebih tinggi secara cepat. Dengan cara ini, perangkat superkapasitor asimetris dapat menyediakan pasokan energi segera, bahkan untuk perangkat berdaya tinggi.

Ini belum semuanya; kinerja tinggi ini mengalami degradasi minimal ketika melalui siklus pengisian dan pengosongan berulang, menjadikannya cocok untuk jangka panjang juga.

Tim kemudian menggabungkan perangkat ini dengan sel surya silikon, yang memungkinkan penyimpanan energi surya dan penggunaannya secara real-time. Kombinasi ini mencapai efisiensi penyimpanan energi hingga 63% sementara efisiensi umum perangkat adalah 5,17%, membuktikan potensinya untuk komersialisasi dan berkontribusi signifikan pada kemajuan teknologi penyimpanan energi.

“Studi ini merupakan pencapaian signifikan, karena menandai pengembangan perangkat penyimpanan energi pengisi diri pertama Korea yang menggabungkan superkapasitor dengan sel surya.”

– Jeongmin Kim, Peneliti Senior di Divisi Nanoteknologi DGIST

Kim lebih lanjut mencatat bahwa dengan memanfaatkan material komposit berbasis logam transisi, mereka berhasil melewati batasan perangkat penyimpanan energi dan menciptakan solusi energi berkelanjutan.

Namun itu bukan akhir dari studi, sebagaimana Damin Lee, peneliti di RLRC Universitas Nasional Kyungpook, menyatakan:

“Kami akan terus melakukan penelitian lanjutan untuk lebih meningkatkan efisiensi perangkat pengisi diri dan meningkatkan potensinya untuk komersialisasi.”

Perusahaan yang Terlibat dalam Bidang Terkait

Sekarang, mari kita lihat beberapa perusahaan yang menyediakan dan mengembangkan solusi penyimpanan energi.

1. Tesla

Pembuat kendaraan listrik ini juga sangat terlibat dalam pasar penyimpanan energi. Produk energinya meliputi Powerwall dan Megapack, yang mengintegrasikan solusi penyimpanan energi canggih.

Dengan kapitalisasi pasar $1.318 triliun, Tesla adalah perusahaan terbesar ke-8 di dunia, sementara CEO-nya Elon Musk, yang juga terlibat dalam X (sebelumnya Twitter), SpaceX (SPCX ), Neuralink, dan The Boring Company, adalah orang terkaya di dunia dengan kekayaan bersih $437 miliar.

Pada saat penulisan ini, saham Tesla diperdagangkan pada $412.82, naik 1,63% tahun ini. Awal yang baik pada 2025 untuk saham perusahaan ini datang setelah 2024 yang luar biasa, di mana sahamnya naik sekitar 67% nilainya. 

Menariknya, sebagian besar kenaikan Tesla terjadi dalam dua bulan terakhir tahun ini, dengan harga sahamnya naik 75% setelah Presiden terpilih Donald Trump memenangkan pemilihan presiden AS 2025. Musk sebenarnya menjadi donor terbesar dalam siklus pemilihan, menghabiskan setidaknya $277 juta untuk mendukung Trump dan kandidat Republik lainnya.

Dengan Trump menjabat akhir bulan ini, pasti akan ada perkembangan positif bagi Tesla. Bahkan sebelum itu, perusahaan melaporkan memproduksi sekitar 459.000 kendaraan dan mengirim lebih dari 495.000 unit pada Q4 2024. Dengan ini, total produksi Tesla untuk 2024 mencapai 1.773.443 kendaraan, sementara pengiriman mencapai 1.789.226 unit. Namun, perusahaan menghadapi persaingan yang meningkat dari raksasa China BYD dan produsen mobil lama AS seperti Ford.

Hasil keuangan lengkap Q4 2024, termasuk laba bersih dan arus kas, akan diumumkan oleh Tesla pada 29 Januari 2025. Pada kuartal sebelumnya, perusahaan melaporkan pendapatan $25.18 miliar dan laba bersih $2.17 miliar. Selama periode ini, pendapatan otomotif Tesla naik 2% menjadi $20 miliar dibandingkan Q3 2023, sementara pendapatan pembangkitan dan penyimpanan energi melonjak 52% menjadi $2.38 miliar.

Sementara itu, penyebaran penyimpanan energi pada Q4 mencatat rekor baru sebesar 11,0 GWh dan total tahunan yang belum pernah terjadi sebelumnya sebesar 31,4 GWh. Sebagai perbandingan, Tesla menyebarkan 14,7 GWh penyimpanan energi pada tahun sebelumnya, dua kali lipat angka 2022. Juga, pada 2020, penyebaran penyimpanan energi Tesla hanya 3,0 GWh, yang menunjukkan peningkatan 10 kali kapasitas penyimpanan perusahaan dalam empat tahun.

Angka-angka ini muncul saat gigafactory Tesla di Shanghai memulai produksi percobaan minggu ini, dengan produksi massal diharapkan awal tahun ini.

2. Enphase Energy

Perusahaan teknologi energi global ini, yang secara aktif memperluas jangkauan pasar domestik dan internasional, mengkhususkan diri dalam solusi energi surya. Ini mencakup mikroinverter, yang mengubah energi surya menjadi listrik, serta sistem penyimpanan energi untuk aplikasi residensial dan komersial.

Dengan kapitalisasi pasar $9.74 miliar, saham ENPH saat ini diperdagangkan pada $72.15, naik lebih dari 5% tahun ini. Kenaikan ini mengikuti tahun 2024 yang mengecewakan, di mana sahamnya turun lebih dari 46%. Sementara itu, puncak ENPH terjadi pada Des 2022, ketika harga sahamnya mencapai $339. Enphase Energy (ENPH ) memiliki EPS (TTM) sebesar 0,44 dan P/E (TTM) sebesar 164,01.

Untuk Q3 2024, perusahaan melaporkan pendapatan $380.9 juta. Berdasarkan wilayah, pendapatan di AS naik 43% dibandingkan kuartal sebelumnya karena persediaan kembali normal, sementara pendapatan di Eropa turun 15% akibat pelemahan permintaan lebih lanjut. Enphase mengirim total 1,731,768 mikroinverter pada kuartal ini, yang mewakili 730 megawatt DC dan 172.9 megawatt jam baterai IQ®.

Untuk Q4, Enphase Energy memperkirakan pendapatannya berada dalam kisaran $360 juta hingga $400 juta dan pengiriman 140 hingga 160 MWh baterai IQ. Sementara itu, manfaat bersih IRA diperkirakan antara $38-$41 juta.

Undang-Undang Pengurangan Inflasi (IRA) diperkenalkan di bawah pemerintahan Biden dengan dukungan bipartisan. Paket $369 miliar ini, yang ditandatangani menjadi undang-undang pada 2022, memberikan insentif untuk energi terbarukan melalui kredit pajak, hibah, dan investasi. Ini telah menjadi pengubah permainan bagi sektor energi terbarukan.

Pada akhir Q3, Enphase Energy memiliki $1.77 miliar dalam kas, setara kas, dan sekuritas yang dapat diperdagangkan, sementara arus kas bebas sebesar $161.6 juta. Perusahaan juga menghasilkan $170.1 juta arus kas dari operasi.

Selama periode ini, perusahaan juga meluncurkan perangkat lunak berbasis AI untuk meningkatkan pemahaman konsumen tentang penggunaan energi dan membantu mereka memaksimalkan penghematan dalam pasar tarif energi yang semakin kompleks dengan mengintegrasikan estimasi surya dan konsumsi dengan tarif listrik.

Kesimpulan

Dengan permintaan energi global terus meningkat secara signifikan, pada tingkat yang lebih cepat daripada sebelumnya, karena gelombang panas yang intens, pertumbuhan ekonomi yang kuat, dan tentu saja adopsi teknologi seperti kendaraan listrik dan AI yang meningkat, diperlukan solusi penyimpanan energi yang dapat membantu memenuhi permintaan ini. 

Di sini, pengembangan perangkat penyimpanan energi pengisi diri berperforma tinggi merupakan langkah besar dalam kemajuan teknologi penyimpanan energi dan pemenuhan permintaan energi global. Meskipun belum dikomersialkan, inovasi seperti ini dapat membantu memastikan pasokan energi yang stabil dan dapat diandalkan serta membuka potensi besar dalam integrasi energi terbarukan!

Klik di sini untuk daftar saham baterai teratas.