Terobosan Baterai Lithium-CO₂ Menangkap Karbon Sambil Memberi Daya pada Perangkat

Para insinyur Universitas Surrey telah memperkenalkan baterai Litium-CO2 yang menghilangkan karbon dioksida dari udara sebagai bagian dari operasi normalnya. Desain baterai yang ditingkatkan ini berpotensi mengungguli pendahulunya sekaligus membantu memerangi polusi dan perubahan iklim. Berikut yang perlu Anda ketahui.

Mengapa Baterai Lithium-Ion Kurang Bermanfaat dalam Energi Hijau

Masa depan adalah nirkabel, dan produsen memahami bahwa ada permintaan untuk solusi baterai yang bersih. Baterai yang paling umum digunakan saat ini adalah baterai litium-ion. Baterai ini dapat ditemukan di perangkat sehari-hari, seperti ponsel, kendaraan listrik, dan jam tangan pintar. Baterai litium-ion menawarkan kepadatan yang memadai, siklus pengisian daya yang panjang, dan terjangkau. Namun, baterai ini tidak berkelanjutan dan tetap menjadi polutan utama di tempat pembuangan sampah secara global.

Tantangan Utama Baterai Lithium-Ion: Keamanan, Biaya, dan Limbah

Ada beberapa masalah dengan baterai lithium-ion yang telah membatasi efektivitas dan efisiensinya. Salah satunya, baterai ini membutuhkan penggunaan material tanah jarang yang mahal. Sumber daya seperti platinum sulit diperoleh dan meningkatkan biaya proses produksi secara signifikan. Selain itu, permintaan mineral tanah jarang telah menjadi masalah keamanan bagi negara-negara yang kini berupaya memastikan bahwa mereka memiliki persediaan yang cukup untuk barang-barang penting ini.

Baterai lithium-ion juga memiliki siklus hidup yang buruk. Desain baterai ini menimbulkan beberapa kerugian pada setiap siklus pengisian daya. Dengan demikian, kinerja baterai lithium-ion menurun pada setiap siklus. Selain itu, baterai ini sangat mahal untuk dibuang dan dapat membahayakan keselamatan jika tidak diisi daya dengan benar atau jika terjadi thermal runaway.

Thermal runaway mengacu pada sel baterai lithium-ion yang terlalu panas, yang menyebabkan sel di sekitarnya mengalami hal yang sama. Hasilnya adalah pelelehan besar yang dapat memicu kebakaran atau bahkan ledakan. Kerusakan yang terjadi selama peristiwa ini telah terdokumentasi dengan baik. Pencarian sederhana akan menyoroti sejarah panjang kebakaran baterai lithium-ion di seluruh dunia.

Potensi Berlebih

Kekhawatiran lain bagi pengguna baterai lithium-ion adalah kelebihan potensial. Istilah ini merujuk pada jumlah energi yang digunakan untuk memulai reaksi kimia dan mengisi daya baterai. Sistem lithium-ion mengalami kelebihan potensial yang tinggi. Namun, semua itu akan segera berubah berkat beberapa ilmuwan yang cerdik.

Apa itu Baterai Lithium-CO₂ dan Bagaimana Cara Kerjanya?

Baterai litium-CO2 telah muncul sebagai alternatif yang menarik. Baterai yang dapat diisi ulang ini menggunakan gas CO2 sebagai pembawa energi. Struktur ini memberikan beberapa manfaat utama seperti peningkatan kinerja, kapasitas yang lebih tinggi, dan kualitas udara yang lebih bersih. Akibatnya, banyak yang percaya bahwa baterai litium-CO2 adalah langkah terbaik untuk mencapai emisi karbon nol bersih di masa depan.

Kelemahan Baterai Lithium-CO2 Saat Ini

Salah satu kelemahan utama penggunaan baterai Li-CO2 saat ini adalah kurangnya katalis yang andal dan murah. Menyadari fakta ini, para insinyur telah menciptakan versi baru yang memadukan kemajuan terkini dalam ilmu material dan pemodelan komputer. Pendekatan baru ini menjanjikan untuk mengatasi dua masalah sekaligus, penggunaan energi dan kualitas udara.

Studi Terobosan Baterai Lithium-CO₂ Universitas Surrey

Penelitian¹, "Potensial Berlebih Ultra Rendah pada Baterai Li-CO2 yang Dapat Diisi Ulang Diaktifkan oleh Caesium Phosphomolybdate sebagai Katalis Redoks yang Efektif,” yang diterbitkan dalam Advanced Science, menyelidiki “pernafasan” baterai. Perangkat ini menggunakan CO2 untuk berinteraksi dengan katalis yang dibuat khusus, sehingga menciptakan siklus energi bersih.

Baterai Lithium-CO2 Dibongkar

Sebagai bagian dari proses mereka, para insinyur menciptakan beberapa baterai Li-CO2 dengan katalis yang berbeda. Mereka kemudian menempatkan baterai tersebut melalui ribuan siklus pengisian daya, yang merupakan penggunaan harian selama bertahun-tahun. Mereka kemudian membongkar unit tersebut setelah periode siklus untuk mendapatkan pemahaman yang lebih mendalam tentang apa yang terjadi dalam hal degradasi, penumpukan, dan faktor-faktor pembatas kinerja lainnya. Secara khusus, tim tersebut memperhatikan bahwa endapan litium karbonat akan terbentuk dan endapan tersebut dapat dengan mudah dihilangkan untuk memungkinkan baterai meningkatkan siklus pengisian dayanya.

Sumber - Sekolah Kimia dan Teknik Kimia Surrey dan Institut Teknologi Lanjutan

Model Komputer Baterai Lithium-CO2

Para peneliti memanfaatkan data yang mereka peroleh dari eksperimen untuk menciptakan model komputer yang akurat. Model ini menggunakan teori fungsi kerapatan (DFT) untuk memprediksi detail dan perubahan penting. Model ini meningkatkan kemampuan tim untuk melakukan eksperimen pemikiran dan membantu mereka mengurangi total biaya sekaligus memperluas pengujian mereka. Tujuannya adalah memanfaatkan model tersebut untuk menemukan material terbaik guna menciptakan struktur berpori yang stabil dan dapat mendukung reaksi kimia yang membuat baterai litium berfungsi.

Cesium Fosfomolibdat (CPM)

Setelah beberapa pengujian, para insinyur menentukan bahwa Cesium phosphomolybdate (Cs3PMo12O40, CPM) merupakan pilihan yang menjanjikan. Para insinyur menerapkan CPM sebagai katalis dalam baterai Li‒CO2 dan kemudian melakukan beberapa pengujian. Untuk membuat CPM, para insinyur mensintesis katalis dan melapisi katode.

Material tersebut terbukti ideal karena memiliki banyak lokasi elektroaktif dan memiliki permukaan yang diperkaya oksigen. Selain itu, komposit tersebut memiliki morfologi mesopori unik yang menambah daya tahan dan kinerjanya selama siklus pengisian daya, yang berarti baterai ini menggunakan lebih sedikit energi untuk mengisi ulang daya dibandingkan pendahulunya.

Pori CPM ini ideal karena mendukung difusi molekul CO2 dan ion Li+ yang efisien ke lokasi aktif. Selain itu, pori-pori tersebut memiliki peran lain, yaitu menampung produk pelepasan. Khususnya, struktur kristal berukuran hanya 140 nm.

Difraksi Sinar-X Serbuk (PXRD)

Para insinyur meninjau struktur kisi kristal dan komposisi katalis CPM yang disintesis menggunakan metode difraksi sinar-X serbuk. Alat ini bekerja dengan memfokuskan sinar-X pada struktur dan menganalisis pola difraksinya.

Transformasi Fourier Inframerah (FTIR)

Langkah selanjutnya adalah menentukan energi apa yang diserap atau dipancarkan akibat proses tersebut. Para insinyur menggunakan spektroskopi Fourier Transform Infrared untuk menyelesaikan langkah ini. Tim mencatat keberadaan partikel keggin selama proses berlangsung, yang sejalan dengan prediksi model komputasional mereka.

Satuan Keggin

Tim menghabiskan banyak upaya untuk menentukan apakah ciptaan mereka memiliki unit keggin yang terintegrasi ke permukaannya. Unit keggin mengacu pada kerangka kristal yang dikenal karena kekokohan dan stabilitas strukturalnya. Ini adalah pengaturan yang ideal untuk baterai karena mempertahankan strukturnya melalui proses daur ulang.

Spektroskopi Fotoelektron Sinar-X (XPS)

Tim menggunakan spektroskopi fotoelektron sinar-X untuk mendapatkan pemahaman yang lebih mendalam tentang keadaan kimia katalis selama proses dan setelahnya. Mereka secara akurat menentukan komposisi unsur permukaan dan menyesuaikannya untuk mengoptimalkan kinerja dan umur baterai.

Termogravimetri (TG)

Langkah selanjutnya adalah menentukan apakah ada uap air yang masuk ke dalam sistem atau dihasilkan sebagai produk sampingan. Para peneliti menggunakan termogravimetri untuk menilai kandungan air pada komposit CPM. Pengujian tersebut mengungkapkan bahwa desain baru tersebut dapat mendukung pengembangan baterai berdensitas tinggi.

Uji Baterai Lithium-CO2

Serangkaian percobaan laboratorium membantu para insinyur untuk memeriksa ulang prediksi mereka. Tim menjalankan simulasi fisik dan komputer untuk mengevaluasi kemampuan elektrokatalitik katalis CPM dalam meningkatkan kinetika CRR/CER. Mereka menentukan bahwa strukturnya memiliki beberapa karakteristik unik yang membuatnya ideal untuk digunakan sebagai katalis.

Hasil Uji Baterai Lithium-CO2

Hasil pengujiannya sungguh mencengangkan. Struktur baterai baru tersebut beroperasi tanpa kegagalan. Tim tersebut melakukan 100 siklus pada 50 mA g−1 dengan batasan kapasitas 500 mAh g−1. Mereka mencatat bahwa perangkat tersebut dapat menyimpan lebih banyak energi dan lebih mudah diisi dayanya daripada opsi Lithium-ion tradisional. Yang mengesankan, baterai yang ditingkatkan tersebut menunjukkan kapasitas pengosongan daya yang sangat baik sebesar 15440 mAh g−1 pada 50 mA g−1 dengan efisiensi coulombik sebesar 97.3%. Selain itu, katalis tersebut menghasilkan kelebihan potensial yang rendah sebesar 0.67 V.

Data ini menunjukkan bahwa desain baru jauh lebih efektif daripada katalis tradisional. Secara khusus, desain ini menawarkan kapasitas pengisian-pengosongan yang lebih tinggi dan baterai dengan potensi berlebih yang lebih rendah. Selain itu, desain baterai Li-CO2 mendukung stabilitas yang panjang sebanyak 107 siklus pada 50 mA g−1 dengan kapasitas terbatas sebesar 500 mAh g−1.

Manfaat Utama Baterai Lithium-CO₂ untuk Energi Bersih

Baterai litium-CO2 menawarkan banyak manfaat bagi pasar. Salah satunya, baterai ini menawarkan alternatif yang lebih bersih bagi pengguna daripada baterai litium-ion, yang terus memenuhi tempat pembuangan sampah. Pendekatan baru ini mengurangi limbah dan emisi gas rumah kaca pada saat yang sama, membuka peluang bagi industri baterai untuk melakukan peningkatan serius sekaligus mengurangi polusi.

Kapasitas Lebih Tinggi

Laporan tersebut menunjukkan bahwa baterai Litium-CO2 dapat menyediakan kapasitas yang lebih tinggi daripada pendahulunya. Selain itu, baterai ini memiliki potensi berlebih yang jauh lebih rendah, yang berarti baterai menggunakan energi yang jauh lebih sedikit untuk pengisian daya. Pendekatan pengisian daya yang lebih rendah ini memperpanjang siklus hidup baterai tanpa mengurangi kinerjanya.

Baterai Lithium-CO2 lebih terjangkau.

Alasan lain mengapa produsen dan konsumen baterai dapat melihat masuknya pilihan Lithium-CO2 secara tiba-tiba adalah karena pilihan ini menyediakan proses produksi yang lebih terjangkau. Jika Anda menggabungkan biaya produksi yang lebih rendah dengan emisi yang lebih rendah, alternatif Lithium-CO2 tampaknya menjadi cara praktis untuk menyimpan energi bersih.

Baterai Lithium-CO2 Lebih Dapat Diskalakan

Para peneliti memastikan bahwa pekerjaan mereka dapat ditingkatkan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat. Ada permintaan besar untuk opsi energi bersih guna memberi daya pada perangkat portabel. Para insinyur melihat pengembangan baterai ini sebagai peningkatan penghematan biaya yang memiliki manfaat tambahan karena dapat memerangkap CO2, gas rumah kaca yang berbahaya.

Baterai Lithium-CO2 lebih efisien.

Efisiensi adalah manfaat lain yang dimiliki baterai litium-CO2 jika dibandingkan dengan solusi baterai lainnya. Catu daya generasi berikutnya ini akan dapat beroperasi secara efisien di berbagai macam kasus penggunaan. Unit ini menawarkan kapasitas energi yang lebih besar dan dapat ditingkatkan untuk memastikan kesesuaiannya dengan aplikasi.

Tidak Ada Logam Tanah Jarang

Logam tanah jarang merupakan sumber daya terbatas yang nilainya terus meningkat. Tarif dan undang-undang lain telah diberlakukan untuk melindungi akses logam tanah jarang bagi negara-negara adidaya dunia. Keputusan para insinyur untuk menghilangkan kebutuhan mineral ini dalam desain baterai mereka bisa jadi merupakan salah satu alasan utama keberhasilan teknologi ini.

Aplikasi Baterai Lithium-CO₂ di Dunia Nyata dan Kapan Baterai Ini Dapat Digunakan

Ada banyak aplikasi untuk baterai yang lebih ramah lingkungan. Dunia membutuhkan alternatif bersih yang dapat memberi daya pada semakin banyaknya sistem nirkabel yang digunakan setiap hari. Lithium-CO2 suatu hari nanti dapat memberi daya pada rumah, mobil, dan perangkat Anda, sekaligus membantu mengurangi gas rumah kaca yang berbahaya.

Perjalanan ruang

Perjalanan luar angkasa adalah aplikasi lain untuk teknologi ini. Karena para ilmuwan terus memikirkan cara untuk mendukung eksplorasi ke luar angkasa dan dunia lain, opsi daya baru harus diteliti. Perkembangan terbaru ini memiliki beberapa keuntungan utama karena dapat beroperasi di planet yang jauh seperti Mars karena atmosfernya terbuat dari 95% CO₂.

Garis Waktu Baterai Lithium-CO2

Baterai CO5 mungkin akan tersedia untuk konsumen sekitar +2 tahun lagi. Teknologinya sudah ada, tetapi tim masih harus mencari tahu pendekatan terbaik untuk memasarkan penemuan mereka. Khususnya, permintaan yang terus meningkat untuk memenuhi kewajiban nol karbon dapat mempercepat jangka waktu ini dan menjadikan pengintegrasian opsi litium-CO2 sebagai prioritas.

Peneliti Baterai Lithium-CO2

Studi Baterai Litium-CO2 diselenggarakan oleh Sekolah Kimia dan Teknik Kimia Surrey serta Advanced Technology Institute. Makalah terobosan tersebut mencantumkan Siddharth Gadkari dan Daniel Commandeur sebagai rekan penulis studi tersebut. Mereka menerima dukungan dari Mahsa Masoudi, Neubi F. Xavier Jr, James Wright, Thomas M Roseveare, Steven Hinder, Vlad Stolojan, Qiong Cai, dan Robert CT Slade.

Masa Depan Baterai Lithium-CO2

Tim ini berupaya untuk mempelajari lebih dalam bahan-bahan lain dan bagaimana katalis ini berinteraksi dengan elektroda dan elektrolit. Mereka juga ingin mengeksplorasi lebih jauh polioksometalat tipe Keggin sebagai katalis redoks bifungsional. Langkah-langkah ini dapat membantu meningkatkan aspek-aspek utama dari desain mereka, termasuk daur ulang baterai Li–CO2 yang dapat diisi ulang.

Berinvestasi di Sektor Baterai

Ada beberapa perusahaan yang terlibat di pasar baterai. Perusahaan-perusahaan ini mencakup berbagai macam, mulai dari produsen papan atas ternama hingga alternatif berbiaya rendah dan bahkan tiruan. Permintaan akan baterai berkualitas tetap tinggi. Berikut adalah salah satu produsen baterai yang tetap diposisikan untuk sukses dan dapat mengintegrasikan baterai litium-CO1 ke dalam produknya di masa mendatang.

Kekuatan Solid

Kekuatan Solid (SLDP ) Memasuki pasar pada tahun 2011 dan berkantor pusat di Colorado. Tujuan perusahaan ini adalah menciptakan alternatif baterai solid-state berkinerja tinggi. Sejak diluncurkan, Solid Power telah meraih dukungan dan pertumbuhan yang signifikan di pasar. Pertumbuhan ini terutama didorong oleh semangat inovatif dan produk-produk uniknya yang menggantikan elektrolit cair dengan opsi padat sulfida. Pendekatan ini mengurangi risiko kebakaran atau thermal runaway.

Solid Power memiliki beberapa kemitraan strategis dengan produsen kendaraan listrik. Kemitraan ini dirancang untuk mendorong inovasi dan membantu pasar menemukan alternatif yang lebih aman dan efisien. Saat ini, perusahaan telah menjalin kesepakatan dengan berbagai produsen dari berbagai industri, termasuk sektor medis dan manufaktur.

Mereka yang mencari stok baterai solid dengan potensi pertumbuhan sebaiknya mempertimbangkan untuk melakukan riset lebih lanjut tentang SLDP. Kemitraan dan produk perusahaan ini telah menarik minat banyak analis. Selain itu, terdapat peningkatan permintaan untuk layanannya, yang dapat berkorelasi dengan peningkatan nilai saham dalam beberapa minggu mendatang.

Berita dan Perkembangan Saham Solid Power (SLDP) Terbaru

Baterai Lithium-CO2 – Energi Bersih untuk Dibawa Pulang

Baterai litium-CO2 dapat membantu para insinyur menghentikan bahaya kebakaran dan kerusakan akibat pelarian termal baterai litium-ion. Unit-unit ini ada di mana-mana, dan menggantinya dengan alternatif yang lebih aman dan efisien dapat membantu sebagian besar masyarakat. Akibatnya, produsen dan insinyur terus mencurahkan waktu, uang, dan upaya untuk meningkatkan baterai masa kini. Untungnya, produk terbaru ini memaksimalkan upaya mereka di samping produksi energi bersih.

Pelajari tentang perkembangan energi menarik lainnya sekarang.

Studi yang dirujuk:

^{1. Masoudi, M., Xavier Jr, NF, Wright, J., Roseveare, TM, Hinder, S., Stolojan, V., Cai, Q., Slade, RCT, Commandeur, D., & Gadkari, S. (2025). Potensial berlebih yang sangat rendah pada baterai Li–CO₂ yang dapat diisi ulang dimungkinkan oleh cesium phosphomolybdate sebagai katalis redoks yang efektifIlmu Pengetahuan Lanjutan, 12(17), 2502553. https://doi.org/10.1002/advs.202502553}