Teknologi Baterai Aluminium-Udara: Menyalakan EV dengan Aluminium Bekas

Berpikir Lateral untuk Mengatasi Batasan EV

EV telah menggebrak pasar mobil, dengan negara‑negara seperti China dan Norwegia sudah memiliki penetrasi pasar yang kuat. Pada saat yang sama, adopsi EV terus tertinggal di banyak negara karena beberapa batasan utama:

• Jarak tempuh rendah untuk model EV yang lebih murah.
• Kecepatan pengisian yang lambat, yang bila digabungkan dengan pengisian reguler akibat jarak tempuh rendah dapat membuat perjalanan jarak jauh menjadi sulit.
• Kekhawatiran tentang kemampuan jaringan listrik untuk menangani penambahan jutaan EV baru.

Dua masalah pertama, jarak tempuh dan kecepatan pengisian, merupakan hal yang sedang diupayakan industri untuk dipecahkan dengan kimia baterai baru, serta jaringan stasiun pengisian yang lebih cepat dan lebih padat. Namun ini masih menjadi tantangan besar. Kami merinci semua jalur potensial untuk baterai baru dalam artikel kami “The Future Of Energy Storage – Utility-Scale Batteries Tech”.

Masalah jaringan listrik diperparah oleh intermitensi produksi energi terbarukan. Lonjakan EV yang mengisi daya di malam hari ketika orang‑orang kembali ke rumah setelah bekerja dan bepergian tidak diinginkan ketika tenaga surya sudah tidak tersedia.

Namun sebuah konsep baru dapat menyelesaikan semua masalah ini sekaligus. Bagaimana jika alih‑alih memilih antara ICE (Mesin Pembakaran Internal) & bahan bakar fosil cair atau EV & baterai, kita dapat “mengisi ulang” EV dengan bahan bakar yang sepenuhnya dapat didaur ulang?

Potensi Energi Aluminium

Aluminium adalah unsur yang sangat umum di Bumi. Bahkan, ia merupakan logam paling umum di Bumi, mengungguli besi, dan menyusun 8% kerak Bumi. Ia juga merupakan logam yang membutuhkan banyak listrik untuk produksinya, mulai dari bijih bauksit mentah menjadi alumina dan kemudian logam aluminium. Hal ini membuat aluminium kadang disebut sebagai “listrik beku”.

Di balik penampilan biasa dan tenangnya, aluminium dapat menjadi logam yang sangat reaktif dalam kondisi tertentu dan telah digunakan dalam kembang api; serbuk aluminium bahkan menggerakkan roket pendorong padat pesawat ulang‑alik. Faktanya, aluminium memiliki kepadatan energi 2,5 kali lebih tinggi dibandingkan diesel atau bensin. Masuklah Baterai Aluminium‑Udara.

Baterai Aluminium‑Udara menyimpan dan menghasilkan listrik melalui proses oksidasi dan reduksi aluminium. Ini membuat logam aluminium bereaksi dengan udara dan menawarkan salah satu kepadatan energi tertinggi di antara semua teknologi baterai yang tersedia saat ini. Ia dapat delapan kali lebih ringan & empat kali lebih kecil dibandingkan Lithium‑Ion.

Baterai Aluminium‑Udara tidak boleh disamakan dengan Baterai Aluminium‑Ion, yang mirip dengan Lithium‑Ion, hanya menggunakan logam yang berbeda.

Sumber: Energy Post

Keunggulan Aluminium‑Udara

Karena katoda hanya berupa oksigen dari udara sekitar, tidak diperlukan katoda logam, menjadikan baterai jauh lebih ringan dibandingkan pesaingnya.

Keuntungan lain adalah bahwa ia pada dasarnya merupakan “mesin listrik” yang mengonsumsi aluminium alih‑alih minyak dan tidak kehilangan tegangan saat mengeluarkan daya seperti sistem baterai.

Keterbatasannya adalah bahwa proses ini mengonsumsi aluminium dan tidak dapat diisi ulang hanya dengan menancapkan baterai. Jadi, prinsipnya lebih mirip dengan baterai AA biasa daripada baterai lithium‑ion. Oleh karena itu, diperlukan sistem penukaran baterai, yang memakan waktu sekitar 90 detik, alih‑alih pengisian bahan bakar cair atau pengisian listrik 10‑15 menit.

Alternatif lain dapat berupa penggunaan campuran baterai Aluminium‑Udara + baterai isi ulang, memungkinkan penggunaan fleksibel antara pengisian langsung atau penggerak berbasis aluminium sesuai kebutuhan, mirip dengan kendaraan hibrida, namun tanpa bahan bakar fosil.

Keuntungan Infrastruktur

Elemen kuat yang mendukung baterai Aluminium‑Udara adalah sudah adanya industri daur ulang aluminium yang mapan, efisien, dan berskala besar—sesuatu yang masih sangat kurang pada baterai Lithium‑Ion.

Ini juga berarti bahwa untuk memperoleh bahan dasar, industri baterai Aluminium‑Udara dapat memperoleh materialnya dari aluminium bekas yang diselamatkan dari bangunan tua, mesin, atau pesawat terbang dan sekaligus menghasilkan listrik. Secara keseluruhan, sistem ini tidak memerlukan sumber daya kritis/pencemar/mahal seperti litium, nikel, kobalt, atau mineral tanah jarang.

Seperti disebutkan di atas, penukaran baterai juga berarti tidak ada tekanan pada jaringan listrik untuk pengisian secara instan ketika EV datang ke stasiun pengisian/bahan bakar. Sebaliknya, regenerasi aluminium dan pengisian ulang baterai dapat dilakukan dengan energi terbarukan saat energi tersebut berlebih.

Terakhir, tidak hanya logam aluminium dapat diregenerasi dengan tenaga hijau saat diperlukan, tetapi juga dapat dengan mudah disimpan tanpa biaya tinggi, karena ia merupakan logam padat yang stabil dan tidak beracun serta tidak banyak teroksidasi. Jadi, energi dapat disimpan melalui stok aluminium untuk jangka waktu lama, dengan biaya penyimpanan jauh lebih rendah dibandingkan baterai, amonia, atau hidrogen.

Transportasi massal aluminium juga tidak memerlukan infrastruktur khusus seperti hidrogen dan dapat dilakukan dengan truk atau kereta biasa.

Biaya Aluminium- Sumber: RiAlAiR

Kekurangan Baterai Aluminium‑Udara

Keterbatasan baterai Aluminium‑Udara adalah kebutuhan akan jaringan penukaran baterai yang padat. Karena masalah kurangnya standar EV dan biaya membangun jaringan yang cukup padat, penukaran baterai sering menjadi ide yang gagal. Hal ini bahkan lebih tidak mungkin berhasil untuk konsep baterai tradisional, karena industri EV bergerak menuju “baterai struktural” yang terintegrasi ke dalam rangka kendaraan.

Beberapa perusahaan (lihat di bawah) sedang bekerja pada penukaran baterai untuk baterai Aluminium‑Udara agar dapat dilakukan secara manual, sangat mengurangi kompleksitas teknologi dan kebutuhan akan stasiun penukaran baterai yang mahal, dengan otomatisasi pengiriman yang lebih sederhana, seperti untuk tabung propana, cukup untuk melakukan pekerjaan tersebut. Dalam hal apapun, infrastruktur untuk mengumpulkan dan membangun kembali/mengisi ulang baterai yang telah habis perlu dibangun.

Secara keseluruhan, konsep ini bukan hal baru dan pertama kali dibayangkan pada tahun 1960‑an. Pada saat itu, toksisitas elektrolit menghalangi kemajuan teknologi ini. Masalah teknis lain juga dapat signifikan, terutama terkait katoda udara:

“Efisiensi lambat reaksi reduksi oksigen menjadi penghalang bagi penerapannya. Masalah lain termasuk reaksi CO2 dengan elektrolit alkali menghasilkan presipitat karbonat, penguapan air ke udara terbuka [keringnya elektrolit] dan penetrasi elektrolit ke dalam pori‑pori katoda udara.” – Source: Automotive Logistics

Perusahaan Aluminium‑Udara

1. Aluma Power

Aluma Power adalah perusahaan Kanada yang berlokasi di tanah Aamjiwnaang First Nation.

Aluma Power membayangkan efisiensi siklus penuh sebesar 43% dan efisiensi 700% ketika aluminium pertama kali digunakan untuk aplikasi lain seperti membangun rangka mobil, bangunan, pesawat terbang, rumah kaca, kapal, dll., sebelum didaur ulang menjadi bahan bakar.

Sumber: Aluma

Pendekatan unik Aluma Power adalah fokus pada metode mekanik untuk mengurangi keterbatasan baterai Aluminium‑Udara, seperti korosi dan keausan anoda, dengan memutar anoda. Desain ini dapat menggunakan aluminium bekas apa pun, termasuk blok mesin yang dilelehkan atau kaleng soda. Hal ini didokumentasikan dalam US Patent US10978758B2.

Disk bahan bakar dapat diganti dalam beberapa menit dan bertahan hingga 130 jam penggunaan.

Sumber: Aluma