Baterai Hidrogen yang Berfungsi di Cuaca Dingin

Dulu dianggap sebagai sumber daya sederhana, baterai kini berada di jantung transformasi energi bersih dunia sebagai salah satu teknologi yang tumbuh paling cepat yang membentuk masa depan kita.

Di antara jenis baterai, baterai litium-ion adalah pilihan utama untuk memberi daya segala sesuatu mulai dari ponsel hingga kendaraan listrik (EV).

Baterai Li-ion pertama kali muncul secara komersial pada awal 1990-an, tetapi permintaannya tumbuh secara eksponensial dalam dekade terakhir, naik dari hanya 0,5 gigawatt-jam (GWh) pada 2010 menjadi sekitar 526 GWh satu dekade kemudian.

Penurunan hampir 90% dalam biaya baterai litium-ion, dari kira-kira $1.400 per kWh pada 2010 menjadi $140 per kWh pada 2023, dipadukan dengan kemajuan dalam kerapatan energi dan umur siklus, telah memperkuat dominasi mereka dalam aplikasi kendaraan listrik dan penyimpanan energi.

Masalah besar dengan baterai isi ulang seperti sel litium-ion, bagaimanapun, adalah bahwa mereka tidak menyukai suhu dingin.

Mengapa Baterai Gagal di Cuaca Dingin (dan Bagaimana Insinyur Memperbaikinya)

Baterai berperforma buruk dalam kondisi dingin. Ini karena reaksi elektrokimia internal mereka melambat pada suhu di bawah nol.

Sebagian besar baterai memiliki tiga bagian utama:

• Elektroda
• Elektrolit
• Separator

Ada dua elektroda dalam sebuah baterai, dan keduanya terbuat dari material konduktif. Satu elektroda, yang dikenal sebagai katoda, terhubung ke ujung positif baterai, dan di sinilah arus listrik keluar dari baterai selama pelepasan. Elektroda lainnya, yang dikenal sebagai anoda, terhubung ke ujung negatif baterai, dan di sinilah arus listrik masuk ke baterai selama pelepasan. 

Kedua dipisahkan menggunakan separator untuk mencegah hubung singkat. Di antara elektroda- elektroda ini terdapat elektrolit cair, yang mengandung partikel bermuatan listrik, atau ion. Dengan berinteraksi dengan material yang membentuk elektroda, elektrolit menghasilkan reaksi kimia yang memungkinkan baterai menghasilkan arus listrik.

Dalam kasus baterai Li-ion, elektrolit biasanya berupa garam litium dalam larutan yang mentransfer partikel pembawa muatan (ion) antara elektroda baterai. Namun ketika dingin, ion melambat dan tidak dapat bekerja dengan baik bersama elektroda, sehingga memengaruhi kemampuan baterai menghasilkan arus sebanyak yang seharusnya sebelum habis. 

Selain itu, jika terlalu banyak litium terdeposit pada sebuah elektroda, hal itu dapat menyebabkan hubung singkat dan memicu kebakaran.

Jadi, cuaca dingin sangat memengaruhi masa pakai baterai. Baik efisiensi maupun kapasitas yang dapat digunakan dari sebuah baterai menurun secara signifikan. Survei AAA tahun lalu menunjukkan bahwa penurunan jangkauan selama musim dingin dan kekhawatiran tentang pengisian yang lebih lambat telah berkontribusi pada melambatnya momentum EV.

Untuk mengatasi masalah ini, perusahaan di seluruh dunia telah bekerja pada kimia baterai baru dan lebih baik. 

Misalnya, raksasa baterai China CATL mengumumkan generasi kedua baterai natrium-ionnya, yang dapat mengeluarkan daya pada suhu serendah minus 40 derajat Celsius dan dilengkapi dengan langkah-langkah keamanan yang ditingkatkan, dengan tujuan melampaui 200 watt-jam per kilogram dalam kerapatan energi. 

Sementara baterai natrium-ion dikatakan lebih aman dan lebih tahan terhadap dingin dibandingkan baterai Li-ion, mereka memiliki kerapatan energi yang lebih rendah dan biaya produksi yang lebih tinggi.

Sementara itu, insinyur Universitas Michigan mengembangkan proses manufaktur yang dimodifikasi¹ untuk baterai EV guna memungkinkan jangkauan tinggi dan pengisian cepat dalam cuaca dingin.

Tim tersebut menciptakan jalur sepanjang 50 mikrometer di anoda dan menerapkan lapisan tebal 20nm dari material kaca berbasis litium borat-karbonat untuk mencegah pembentukan pelapisan litium pada elektroda baterai. Baterai Li-ion EV yang dibuat dengan modifikasi ini dapat mengisi daya 500% lebih cepat pada 14°F (-10 °C) dan mempertahankan 97% kapasitasnya bahkan setelah diisi cepat 100 kali pada suhu dingin tersebut.

“Untuk pertama kalinya, kami telah menunjukkan jalur untuk secara bersamaan mencapai pengisian sangat cepat pada suhu rendah, tanpa mengorbankan kerapatan energi baterai litium-ion.”

– Co-author Neil Dasgupta, U-M associate professor of mechanical engineering and materials science and engineering

Lainnya sedang mengoptimalkan formulasi elektrolit dan memodifikasi material anoda, membangun teknologi baterai khusus, menggabungkan isolasi yang lebih tebal dengan pemanas terintegrasi, mengusulkan pengisian pintar yang dikontrol suhu², dan menyajikan algoritma kontrol prediktif³ untuk menyesuaikan suhu baterai, di antara solusi lainnya.

Di tengah kemajuan berkelanjutan dalam material, elektrolit, dan teknologi lain untuk mengatasi tantangan baterai dalam cuaca dingin, ilmuwan juga mengeksplorasi sistem penyimpanan energi alternatif seperti baterai berbasis hidrogen.

Baterai Hidrogen: Cara Kerjanya dan Mengapa Penting

Hidrogen adalah sumber energi bersih yang, ketika dikonsumsi dalam sel bahan bakar, hanya menghasilkan air. Ia merupakan pembawa energi yang dapat menyimpan dan mengirimkan energi yang dihasilkan dari sumber lain.

Elemen kimia paling melimpah di alam semesta, hidrogen dapat diproduksi dari gas alam, biomassa, dan tenaga nuklir, serta dari sumber terbarukan seperti angin dan matahari.

Gas tak berwarna, tak berbau, dan sangat mudah terbakar ini juga merupakan komponen kunci air dan semua senyawa organik.
Swipe to scroll →

Hidrogen sebenarnya merupakan komponen kunci Matahari. Ia diubah menjadi energi melalui proses fusi nuklir di inti. Di bawah tekanan dan panas yang luar biasa, atom hidrogen bergabung membentuk helium, melepaskan energi dalam jumlah besar. Energi ini kemudian bergerak ke luar melalui lapisan Matahari dan memancar ke ruang sebagai cahaya dan panas. 

Di Bumi, hidrogen merupakan pilihan bahan bakar yang menarik dan menawarkan umur baterai yang lebih lama dibandingkan baterai litium-ion. 

Untuk mengevaluasi kinerja teknis dan finansial dari sistem penyimpanan baterai hidrogen dan baterai litium-ion, peneliti dari University of New South Wales (UNSW) menilai⁴ dua sistem komersial yang tersedia, LAVO dan Tesla (TSLA ) Powerwall 2. Mereka menemukan bahwa yang pertama memiliki lebih banyak kehilangan energi. 

Namun, baterai hidrogen ditemukan memiliki degradasi kapasitas yang lebih sedikit dan kerapatan energi yang lebih tinggi dibandingkan baterai litium-ion, memungkinkan mereka menyimpan lebih banyak energi untuk durasi yang lebih lama. Kemampuan mereka untuk bertahan 18% lebih banyak siklus pengisian-pengosongan dibandingkan baterai Li-ion menjadikannya “sesuai untuk aplikasi terpencil yang memerlukan penyimpanan energi berjangka panjang.”

Sebuah studi terpisah dari University of Science and Technology of China (USTC) mengembangkan sistem baterai kimia baru⁵ untuk masa depan yang lebih aman dan berkelanjutan bagi sistem bertenaga baterai.

Sementara baterai berbasis hidrogen saat ini menggunakan H₂ sebagai katoda, yang membatasi rentang tegangan dan kapasitas penyimpanan energi, tim peneliti USTC mengusulkan memanfaatkannya sebagai anoda. Tim tersebut mengembangkan prototipe, menampilkan anoda litium, elektrolit padat, dan lapisan difusi gas berlapis platina yang berfungsi sebagai katoda hidrogen.

Tim melaporkan energi spesifik teoretis hingga 2.825 Wh/kg, pelepasan ~3 V, dan efisiensi siklus-pulang 99,7% dalam konfigurasi Li-H mereka—menunjukkan potensi kuat, meskipun angka 2.825 Wh/kg bukan ukuran tingkat paket yang terealisasi.

Untuk meningkatkan efektivitas biaya, tim membangun baterai Li-H tanpa anoda. Di sini, deposisi litium diambil dari garam litium selama pengisian. Versi yang ditingkatkan memungkinkan pelapisan dan pengelupasan litium yang efisien serta beroperasi stabil bahkan pada konsentrasi hidrogen yang rendah, sehingga mengurangi ketergantungan pada penyimpanan hidrogen bertekanan tinggi.

Dibandingkan dengan baterai nikel-hidrogen biasa, sistem Li-H menawarkan kerapatan energi dan efisiensi yang lebih baik, membuka eksplorasi masa depan ke dalam aplikasi teknologi baterai Li-H.

Meskipun banyak keuntungan hidrogen untuk penyimpanan energi bersih, menyimpannya tidak mudah. Faktanya, penyimpanan merupakan tantangan utama dalam penggunaan hidrogen.

Elektrolit Hidrid Ba–Ca–Na yang Membuka Penyimpanan Hidrogen Suhu Rendah

Menyimpan hidrogen memerlukan suhu yang sangat rendah (−252,8 °C) atau tekanan tinggi (350 hingga 700 bar), atau keduanya. Menyimpannya dalam keadaan padat menghindari risiko keamanan yang terkait dengan tangki gas bertekanan tinggi, tetapi menghadapi keterbatasan material pada suhu rendah.

Untuk mengatasi hal ini, peneliti dari Institute of Science Tokyo (Science Tokyo) mengeksplorasi penyimpanan hidrogen elektrokimia yang dimediasi ion hidrida, yang membawa mereka ke menemukan elektrolit padat konduktif ion hidrida yang menjanjikan⁶ dari sistem hidrid barium, kalsium, dan natrium.

Menggabungkan ion dengan ukuran berbeda telah dilaporkan memiliki konduktivitas superionik, dan dalam upaya ini para peneliti memutuskan untuk menggabungkan ion‑ion mereka: BaH2‑CaH2‑NaH.

Elektrolit padat yang dihasilkan, tipe anti‑α‑AgI Ba0.5Ca0.35Na0.15H1.85, memiliki stabilitas elektrokimia yang luar biasa dan konduktivitas ion hidrida (H–). 

Sangat mengesankan bahwa stabilitas elektrokimia sebenarnya memungkinkan penggabungan fleksibel dengan banyak elektroda logam‑hidrida. Jadi, elektrolit ini bekerja baik dengan beberapa elektroda logam‑hidrogen, seperti titanium hidrida dan magnesium hidrida (MgH2), memungkinkan penyimpanan hidrogen berkapasitas tinggi dan reversibel pada suhu rendah.

Dalam percobaan awal, peneliti menguji elektrolit mereka dalam sistem di mana elektrolit diletakkan antara TiH2 (titanium dihidride adalah senyawa titanium dan hidrogen) dan elektroda referensi titanium, serta kolektor arus acetylene black dan molybdenum. 

Ini memungkinkan peneliti menemukan jendela potensial stabil elektrolit padat, yang merupakan yang terbaik yang pernah dilaporkan.

Konduktivitas H– yang tinggi juga dilaporkan oleh peneliti, yang disebabkan oleh struktur body‑centred cubic (bcc) elektrolit. Struktur ini memiliki kepadatan susunan yang lebih rendah, yang menyediakan “jalur terbuka untuk transportasi ion.” Kation yang sangat dapat dipolarisasi dalam kerangka juga berkontribusi pada konduktivitas ion yang tinggi.

Kemudian, untuk menguji kemampuan penyimpanan hidrogen elektrolit mereka, peneliti memproduksi sel menggunakan MgH2.

MgH2 adalah senyawa kimia yang dipelajari untuk penyimpanan hidrogen karena kapasitas tinggi dan biaya rendah. Material ini dapat diintegrasikan ke dalam sistem mirip baterai di mana hidrogen disimpan dan dilepaskan selama pengisian dan pengosongan. Namun, penggunaannya terbatas oleh reaksi samping yang tidak diinginkan, penyerapan hidrogen yang buruk serta pembalikan desorpsi, dan kebutuhan suhu setinggi 300 °C atau lebih.

Namun peneliti berhasil membuat sel Mg‑H2 berfungsi sebagai perangkat penyimpanan hidrogen, menunjukkan kapasitas 2.030 mAh/g pada 90°C.

Dari 300–400 °C ke ~90 °C: Baterai Hidrogen Suhu Rendah yang Praktis

Baterai hidrogen baru dari peneliti Science Tokyo telah mengatasi batas kapasitas rendah dan suhu tinggi dari metode sebelumnya. Alih‑alih beroperasi pada suhu 300‑400 derajat C (572‑752 F), yang diperlukan untuk pendekatan penyimpanan hidrogen padat saat ini, baterai ini beroperasi pada 90 °C (194 derajat F).

Baterai beroperasi dengan memigrasikan ion hidrida melalui elektrolit padat, memungkinkan magnesium hidrida (MgH2) menyimpan dan melepaskan hidrogen berulang kali pada kapasitas penuh.

Dengan pengembangan ini, peneliti menawarkan cara praktis untuk menyimpan bahan bakar hidrogen, membuka jalan bagi kendaraan berbasis hidrogen dan sistem energi bersih.

“Kami menunjukkan operasi baterai Mg‑H2 sebagai perangkat penyimpanan energi hidrogen yang aman dan efisien, mencapai kapasitas tinggi, suhu rendah, dan penyerapan serta pelepasan gas hidrogen yang reversibel.”

– Asisten Profesor Naoki Matsui

Sementara baterai hidrogen dengan komponen padat sudah ada, mereka memerlukan suhu operasi tinggi. Baterai hidrogen baru ini, bagaimanapun, dapat mencapai kapasitas penyimpanan teoritis penuh dari anoda MgH2 dan konduktivitas ionik tinggi pada suhu kamar. Itu karena elektrolit padat, Ba0.5Ca0.35Na0.15H1.85.

Terbuat dari barium (Ba), kalsium (Ca), dan natrium hidrida (NaH), elektrolit dapat memindahkan ion hidrida (H–) secara efisien.

Ia memiliki struktur kristal (tipe anti‑α‑AgI), dikenal karena konduktivitas superioniknya. Dalam struktur ini, Ba, Ca, dan Na menempati posisi body‑centered, sementara ion hidrida bergerak melalui situs oktahedral dan tetrahedral yang berbagi sisi, memungkinkan migrasi bebas mereka. 

Baterai baru ini berfungsi seperti baterai Li‑Ion, tetapi alih‑alih memindahkan ion bermuatan positif melalui elektrolit, ia menggunakan ion hidrida yang membawa muatan negatif dan dapat melewati struktur kristalnya.

Baterai menggunakan magnesium hidrida (MgH2) sebagai anoda dan gas hidrogen (H2) sebagai katoda. 

Selama pengisian, anoda MgH2 melepaskan ion hidrida, yang bermigrasi melalui elektrolit baru ke katoda, di mana mereka teroksidasi untuk melepaskan gas hidrogen.

Proses berbalik selama pengosongan, gas hidrogen di katoda direduksi menjadi ion hidrida, melalui reaksi kimia, yang bergerak melalui elektrolit ke anoda, di mana ia bereaksi dengan Mg membentuk MgH2. Reaksi redoks (reduksi‑oksidasi) menyebabkan anoda yang bermuatan negatif kehilangan elektron, yang mengalir melalui sirkuit eksternal ke katoda dengan muatan positif bersih, sehingga memberikan daya ke sistem yang terhubung.

Ini memungkinkan sel padat menyimpan serta melepaskan H2 ketika diperlukan pada suhu tepat di bawah titik didih air.

Dengan sel ini, peneliti mencapai kapasitas penyimpanan teoritis penuh MgH2 selama siklus berulang. Kapasitas 2.030 mAh per gram jauh lebih tinggi daripada baterai litium‑ion, yang antara 154 dan 203 mAh per gram.

“Properti baterai penyimpanan hidrogen kami ini sebelumnya tidak dapat dicapai melalui metode termal konvensional atau elektrolit cair, menawarkan dasar bagi sistem penyimpanan hidrogen yang efisien cocok sebagai pembawa energi.”

– Takashi Hirose, penulis utama studi dan associate professor di Kyoto University’s Institute of Chemical Research (ICR)

Meskipun baterai belum siap untuk digunakan dalam barang sehari‑hari kita, ini adalah terobosan dalam penyimpanan energi hidrogen pada suhu jauh lebih rendah daripada model sebelumnya, membuka jalan bagi baterai hidrogen yang lebih efisien dan lebih mudah disimpan. 

Ini dapat menyebabkan baterai hidrogen menggantikan baterai litium‑ion berat, yang menurun dan mengalami penurunan efisiensi seiring waktu, dalam mobil listrik.

Selain itu, dengan memungkinkan penyimpanan hidrogen tanpa memerlukan sistem bertekanan tinggi, pendinginan ekstrem, atau suhu operasi tinggi, desain baterai baru ini dapat mendukung penggunaan hidrogen sebagai sumber tenaga hijau dan mempercepat transisi berkelanjutan menuju energi hijau.

Peneliti kini berencana mengembangkan elektrolit padat dan material elektroda dengan konduktivitas ionik lebih tinggi. Mereka juga akan bekerja pada desain perangkat dengan suhu operasi lebih rendah dan efisiensi energi yang ditingkatkan.

Investasi dalam Teknologi Baterai Hidrogen

Bloom Energy Corporation (BE ) terlibat dalam desain dan manufaktur sel bahan bakar oksida padat (SOFC). Sistem sel bahan bakarnya menyediakan pembangkit listrik di lokasi untuk manufaktur semikonduktor, pusat data, utilitas besar, dan sektor lainnya. Ia telah menyebarkan total 1,5 GW daya di lebih dari 1.200 instalasi secara global. 

Perusahaan memiliki dua produk: Bloom Electrolyzer untuk memproduksi hidrogen dan Bloom Energy Server untuk menghasilkan listrik.

Mengenai kinerja pasar Bloom, perusahaan menikmati reli besar tahun ini. Naik 391% YTD, saham BE mencapai rekor tertinggi (ATH) $125,75 bulan ini. Dengan itu, EPS (TTM) perusahaan sebesar 0,11 dan P/E (TTM) sebesar 1.013,28.

Untuk posisi keuangan perusahaan, Bloom melaporkan pendapatan $401,2 juta untuk Q2 2025, naik 19,5% dari kuartal yang sama tahun lalu. Margin kotor sebesar 26,7% dan margin kotor non‑GAAP 28,2% sementara kerugian operasional $3,5 juta selama periode ini.

“Seiring listrik di lokasi menjadi semakin jelas, mengingat pertumbuhan AI yang cepat, belum pernah ada permintaan pasar yang lebih baik untuk produk Bloom. Tidak seperti alternatif, produk kami dirancang khusus untuk revolusi digital.”

– Pendiri dan CEO KR Sridhar

Setelah berkolaborasi dengan Oracle (ORCL ) untuk menyediakan listrik di lokasi ke pusat data AI mereka, Bloom Energy kini bermitra dengan Brookfield (NYSE: BAM), yang akan berinvestasi hingga $5 miliar untuk menyebarkan teknologi sel bahan bakarnya. Bersama, keduanya “menciptakan cetak biru baru untuk memberi daya AI secara skala besar.”

Berita Saham Terbaru Bloom Energy Corporation (BE) dan Perkembangan

Kesimpulan

Dengan efisiensi energi tinggi, kerapatan energi tinggi, dan umur siklus panjang, baterai litium‑ion telah menjadi pilihan populer untuk kendaraan listrik serta penyimpanan energi. Namun tentu saja, cuaca dingin menjadi tantangan besar bagi baterai ini, menyebabkan penurunan kapasitas dan efisiensi. 

Seiring ilmuwan dan perusahaan di seluruh dunia mengembangkan desain baterai generasi berikutnya, hidrogen semakin mendapatkan perhatian sebagai pembawa energi dan bahan bakar masa depan.

Baterai hidrogen baru dengan elektrolit padat menandai tonggak penting dengan kemampuannya menyimpan dan melepaskan hidrogen pada suhu sangat rendah, empat kali lebih dingin daripada model sebelumnya. Dengan memungkinkan operasi stabil dan kapasitas teoritis penuh, terobosan ini dapat memungkinkan penciptaan baterai yang lebih padat dan tahan lama untuk EV, secara signifikan meningkatkan kinerjanya dalam iklim ekstrem.

Klik di sini untuk daftar saham baterai teratas.

Referensi:

1. Cho, T. H., Chen, Y., Liao, D. W., Kazyak, E., Penley, D., Jangid, M. K., & Dasgupta, N. P. (2025). Memungkinkan pengisian cepat 6C pada baterai Li‑ion pada suhu di bawah nol melalui rekayasa antarmuka dan arsitektur 3D. Joule, 9(5), 101881. https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101881
2. Ruan, G., & Dahleh, M. A. (2025). Pengisian Pintar yang Dikontrol Suhu untuk Kendaraan Listrik di Iklim Dingin. arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.01105
3. Lu, Z., Tu, H., Fang, H., Wang, Y., & Mou, S. (2024). Pengisian Cepat Optimal Terintegrasi dan Manajemen Termal Aktif Baterai Litium‑Ion dalam Suhu Lingkungan Ekstrem. arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2404.04358
4. Hassan, M. U., Bremner, S., Menictas, C., & Kay, M. (2024). Penilaian baterai hidrogen dan litium‑ion dalam sistem PV surya atap. Journal of Energy Storage, 86(Part A), 111182. https://doi.org/10.1016/j.est.2024.111182
5. Liu, Z., Ma, Y., Khan, N. A., Jiang, T., Zhu, Z., Li, K., Zhang, K., Liu, S., Xie, Z., Yuan, Y., Wang, M., Zheng, X., Sun, J., Wang, W., Meng, Y., Xu, Y., Chuai, M., Yang, J., & Chen, W. (2025). Baterai gas litium‑hidrogen yang dapat diisi ulang. Angewandte Chemie International Edition, 64(7), e202419663. https://doi.org/10.1002/anie.202419663
6. Hirose, T., Matsui, N., Itoh, T., Hinuma, Y., Ikeda, K., Gotoh, K., Jiang, G., Suzuki, K., Hirayama, M., & Kanno, R. (2025). Penyimpanan hidrogen berkapasitas tinggi dan reversibel menggunakan elektrolit padat konduktif H⁻. Science, 389(6766), 1252–1255. https://doi.org/10.1126/science.adw1996 in Indonesian. Do not translate brand names,company names,personal names,URLs,HTML tags,shortcode names,or shortcode attribute keys. Preserve WordPress shortcode syntax,but translate human-visible quoted shortcode values. AUTHOR PROFILE USER_META RULE: If a Last_name field appears in this payload,treat it as the author title and company field,not as a personal name. Translate only role,title,and connective words in that value. Preserve every company,brand,product,website,and personal name exactly as written. Do not translate or alter First_name,display_name,nickname,username,or other personal-name values. AUTHOR PROFILE USER_META OUTPUT RULE: Return only the translated field value. Never include completion markers,explanations,completion-marker instructions,or statements that no additional text needs translation. If the value does not need translation,return the original value only. You are an expert content translator; your tone should be professional and SEO optimized.