Energi

Mendesain Baterai yang Lebih Baik – Tinggalkan Kobalt dan Sambut…TAQ?

mm
Diterbitkan
Diperbarui
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Pengungkapan: Securities.io dapat menerima kompensasi saat Anda memakai tautan ke produk yang kami ulas. Hal ini tidak memengaruhi penilaian editorial kami. Kami bukan penasihat investasi terdaftar; ini bukan saran investasi. Baca pengungkapan afiliasi kami.

Peneliti di Massachusetts Institute of Technology (MIT) baru-baru ini mengembangkan jenis teknologi baterai baru yang menghilangkan kebutuhan akan logam mulia. Penggantinya? Katoda organik yang dikenal sebagai bis-tetraaminobenzoquinone atau ‘TAQ’.

The Importance Of Batteries

Dengan meningkatnya kendaraan listrik (EV) – sebagian besar berkat Tesla (TSLA ) asal Amerika dan BYD serta CATL asal China – teknologi baterai menjadi lebih penting daripada sebelumnya karena relevansinya tidak hanya untuk elektronik, tetapi juga untuk mobilitas. Dan segera juga untuk jaringan listrik, guna menyeimbangkan intermitensi energi terbarukan seperti angin dan matahari.

Penjualan EV global – Sumber: IEA

Hingga saat ini, kimia dominan untuk baterai adalah teknologi lithium-ion. Hal ini karena baterai ini memiliki kepadatan energi yang tinggi ketika diukur dalam kW/kg. Metri ini jauh paling penting dalam aplikasi mobilitas, karena setiap kilogram tambahan baterai berarti kebutuhan akan lebih banyak baterai dan/atau jangkauan yang lebih pendek.

Jadi, karena EV telah terbukti menjadi teknologi masa depan utama untuk mobil (dan mungkin truk serta pesawat), upaya yang signifikan telah dilakukan untuk meningkatkan teknologi baterai.

Giving Up Lithium-Ion?

Meskipun memiliki kepadatan tinggi, teknologi lithium-ion tradisional tidak tanpa kekurangan. Ada daftar masalah yang harus diselesaikan:

  • Kepadatan masih relatif rendah dibandingkan bahan bakar cair seperti bensin dan diesel, menyebabkan kecemasan jangkauan.
  • Pengisian dapat agak lambat, yang menjadi masalah bagi banyak pengemudi dan aplikasi komersial.
  • Baterai mahal, terutama karena kebutuhan akan mineral yang mahal.
    • Hal ini membuat EV pada awalnya lebih merupakan barang mewah daripada barang konsumen biasa.
    • Penambangan mineral ini jarang ramah lingkungan dan sering disertai kondisi kerja yang mengerikan serta eksploitasi pekerja miskin atau anak‑anak di tambang, terutama dalam kasus kobalt di Kongo.

Sebagai hasilnya, banyak kimia alternatif telah dipertimbangkan. Ini termasuk dan tidak terbatas pada:

  • LFP (Lithium-Ferrum/iron-Phosphate)
  • sodium-ion
  • baterai solid-state
  • lithium-sulfur
  • graphene
  • baterai kaca

Oksidasi aluminium bahkan telah dibahas sebagai alternatif pengganti baterai secara keseluruhan. Namun, semua alternatif ini memiliki keterbatasannya. Ini dapat mencakup umur pakai yang lebih pendek, kesulitan manufaktur, dll.

(Kami membahas secara detail kelebihan dan keterbatasan masing‑masing teknologi ini dalam artikel kami “The Future of Mobility – Battery Tech”).

Yang paling menjanjikan, seperti baterai solid-state, masih berada pada tahap eksperimental, dan yang siap komersialisasi, seperti LFP dan sodium-ion, menderita kepadatan energi yang lebih rendah dibandingkan lithium-ion.

Mungkin ada pasar untuk baterai berkapasitas lebih rendah ini, karena mereka juga jauh lebih murah diproduksi. Perusahaan China CATL (300750.SZ), yang memproduksi lebih dari setengah baterai di planet ini, termasuk pemimpin di bidang ini. Kami membahas produsen baterai terkemuka dalam artikel kami “Top 10 Battery Stocks To Invest In”.

Namun pada akhirnya, EV ideal akan memiliki baterai yang murah DAN kuat. Kombinasi ini kemungkinan diperlukan untuk sepenuhnya menggantikan mesin pembakaran, terutama untuk aplikasi komersial.

The Lithium-Ion Cathode Problem

Sebagian besar keterbatasan lithium-ion berasal dari sifat kimia dan fisik bagian katoda baterai. Katoda inilah yang biasanya memerlukan kobalt, dan bahkan dalam alternatif potensial bebas kobalt, biasanya sangat bergantung pada logam mahal lainnya seperti nikel dan magnesium.

(Logam yang diperlukan untuk transisi ke EV dan energi terbarukan dibahas lebih lanjut dalam artikel kami “Top 10 Battery Metals & Renewable Energy Mining Stocks”)

Logam‑logam ini harus ditambang, menyebabkan polusi, dan kondisi kerja sering kali mengerikan. Mereka juga beracun, sehingga daur ulang baterai menjadi tugas yang lebih rumit.

Sumber: Visual Capitalist

Peneliti telah mencari alternatif berbasis karbon, atau yang disebut katoda organik. Untuk saat ini, hal tersebut belum berhasil, karena katoda organik memiliki kepadatan energi yang terlalu rendah atau tidak cukup tahan lama untuk digunakan dalam siklus pengisian‑pengosongan yang sering pada EV.

Hal ini mungkin telah berubah, berkat penemuan yang disebutkan di atas oleh peneliti MIT.

A New Type Of Organic Cathode

Prof. Mircea Dincă, yang bekerja sebagai W.M. Keck Professor of Energy di MIT, baru-baru ini mengeksplorasi senyawa organik baru yang sebelumnya belum diuji untuk aplikasi katoda. Alih‑alih senyawa organosulfur dan karbonil yang sebelumnya dipelajari, ia meneliti senyawa yang disebut TAQ (bis-tetraaminobenzoquinone). Timnya sebelumnya telah menunjukkan potensi bahan kimia ini sebagai material superkapasitor.

TAQ memiliki potensi besar untuk digunakan dalam baterai, karena ia membentuk “struktur padat berlapis yang berpotensi bersaing dengan kinerja katoda berbasis kobalt tradisional.”

Secara sendiri, hal ini belum cukup. Peneliti MIT juga menemukan cara meningkatkan keterikatan TAQ pada kolektor arus stainless‑steel katoda, meningkatkan stabilitas prototipe katoda bukti‑konsep baru.

Dengan menambahkan bahan yang mengandung selulosa dan karet ke TAQ, mereka berhasil mencapai lebih dari 2.000 siklus pengisian‑pengosongan. Kepadatan energi juga lebih tinggi dibandingkan katoda berbasis kobalt, dan pengisian memakan waktu kurang dari 6 menit.

What’s Next?

Saat ini ini masih prototipe laboratorium, dan pekerjaan lebih lanjut diperlukan untuk memperbesarnya hingga ukuran paket baterai EV penuh—dan upaya lebih jauh lagi untuk melihat bagaimana membuat proses manufaktur berskala untuk kimia baterai baru ini.

Namun, ini merupakan salah satu kali pertama katoda organik mengungguli desain lithium-ion berbasis kobalt dalam setiap metrik penting: kepadatan energi, biaya material, dan kecepatan pengisian.

Hal ini menunjukkan bahwa kimia lithium-ion dapat tetap menjadi kimia baterai utama, selama dapat menyelesaikan ketergantungannya pada logam yang menimbulkan masalah etika dan lingkungan.

Hal lain yang dibuktikan oleh penelitian Prof. Dincă adalah bahwa katoda organik memiliki potensi besar, dengan ribuan senyawa organik lain yang belum diuji untuk aplikasi ini. Jadi bahkan jika TAQ tidak cukup untuk menggantikan kobalt dan nikel, bahan kimia lain yang mirip dengan TAQ mungkin dapat mencapainya.

Desain lithium-ion juga mendapat manfaat dari rantai pasokan dan basis manufaktur yang sudah sangat besar. Dan akan jauh lebih mudah hanya mengubah katoda daripada membangun kembali pabrik baterai dari nol untuk mengakomodasi kimia baru. Jadi, meningkatkan lithium-ion mungkin masuk akal secara bisnis.

Perlu juga dicatat bahwa katoda organik telah dibahas untuk jenis baterai lain, misalnya untuk baterai aluminium-ion, baterai natrium/potassium-ion, baterai seng, atau baterai dual-ion berbasis kalsium. Jadi, mungkin penemuan sifat TAQ dapat diterapkan pada tipe baterai lain selain lithium-ion.

Bagaimanapun, komponen organik dalam baterai akan memudahkan daur ulangnya, sebuah isu (kesempatan investasi) yang kami jelajahi secara mendalam dalam artikel kami “Addressing the Li-ion Dilemma: Disposing of Defunct Battery Cells in an Increasingly Electrified World”.

Organic Cathode Companies

Volkswagen AG

Penelitian Prof. Mircea Dincă didanai oleh Automobili Lamborghini S.p.A., anak perusahaan Audi, yang dimiliki oleh Grup Volkswagen. Permohonan paten untuk teknologi katoda organik telah diajukan.

Produsen mobil Jerman ini adalah produsen mobil terbesar kedua di dunia, hanya di belakang Toyota. Perusahaan ini, pada suatu waktu, tertinggal dalam teknologi EV tetapi telah bekerja keras untuk mengejar ketertinggalan, terutama dengan seri mobil ID dan beberapa model hibrida.

Sumber: Volkswagen

Pada 2033, Grup Volkswagen berencana hanya memproduksi EV di Eropa.

Kolaborasi dengan peneliti MIT hanyalah satu dari banyak, dengan kemitraan lain tentang EV meliputi:

Dengan rencana ambisiusnya mengenai EV dan akses ke teknologi EV canggih dari perusahaan China terkemuka, Volkswagen berada dalam posisi yang baik untuk melihat teknologi katoda organik berpaten MIT dan bekerja mengimplementasikannya secara skala dalam EV masa depannya.

Other Organic Battery Companies

Meskipun mereka tidak mengembangkan katoda baru, dua startup sedang bekerja menggunakan senyawa organik untuk meningkatkan kinerja anoda, Store Dot dan EnergyX.

mm

Jonathan adalah mantan peneliti biokimia yang bekerja dalam analisis genetik dan uji klinis. Ia kini menjadi analis saham dan penulis keuangan dengan fokus pada inovasi, siklus pasar, dan geopolitik dalam publikasinya 'The Eurasian Century'.