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.

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.

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.

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.

Perusahaan mengklaim bahwa sistem disknya memungkinkan pengurangan biaya modal sebesar 70% dibandingkan pesaing dan biaya tenaga kerja lebih rendah untuk “penyimpanan sebagai layanan”.

2. Métalectrique SAS & MAL Research & Development

Métalectrique di Prancis dan anak perusahaannya di Inggris, MAL, sedang mengembangkan baterai Aluminium‑Udara. Kekayaan intelektual utama perusahaan adalah kimia elektrolit proprietari yang diklaim dapat mengurangi masalah korosi anoda dan penyumbatan pori.

Situs web perusahaan agak sederhana, dengan sebagian besar hanya tautan artikel berita dan pengumuman peluncuran produk masa depan pada tahun 2024. Hal ini dapat menjadi sedikit mengkhawatirkan, mengingat pengumuman sebelumnya untuk peluncuran pada Q4 2021.

Perusahaan tampaknya fokus pada 3 konsep produk berbeda:

• Ekstender jangkauan 300 mil untuk EV, sedang dibahas dengan 2 perusahaan otomotif besar.
• Baterai EV dengan jangkauan 1.500 mil. MAL telah menandatangani kesepakatan multi‑juta pound dengan Austin Electric untuk memproduksi massal baterai ini di Inggris.
• Kit konversi £3.500 yang mengubah mobil berbahan bakar reguler menjadi hibrida.

MAL mengklaim biaya produksi baterainya hanya $36/kWh dibandingkan sekitar $180/kWh untuk baterai Lithium‑Ion. Dengan memasukkan amortisasi baterai, biaya mengemudi menjadi £0,08 per mil, dibandingkan £0,50 per mil untuk Lithium‑Ion.

Teknologi ini juga dapat diterapkan pada pesawat terbang, baterai pertahanan, dan tenaga listrik terpencil di pulau‑pulau.

3. RiAlAiR

Perusahaan ini fokus pada produksi baterai Aluminium‑Udara untuk industri perahu dan perikanan. Perusahaan menawarkan layanan berlangganan untuk baterainya, mengurangi biaya awal dan membantu mengurangi polusi serta biaya bahan bakar tinggi.

Fokus pada pengguna perahu profesional seperti kapal penangkap ikan dan taksi perahu berarti argumen ekonomi bahan bakar yang lebih murah dapat diterapkan dengan baik, dan kasus bisnis tidak perlu bergantung pada argumen energi hijau, melainkan hanya pada peningkatan profitabilitas.

Beralih dari bahan bakar fosil ke perahu berbasis listrik juga membuka kemungkinan menambah pasokan energi dengan panel surya atau turbin angin pada perahu itu sendiri, meningkatkan lagi efisiensi bahan bakar dan otonomi perahu.

Terakhir, rangkaian tenaga listrik lebih efisien untuk propulsi perahu, dengan 92% energi dikonversi menjadi dorongan, dibandingkan hanya 35% pada perahu berbahan bakar (perbedaan berasal dari kehilangan termal dan mekanik pada mesin ICE).

Saat ini, jutaan kapal penangkap ikan mengonsumsi 50 miliar liter bahan bakar per tahun, menyumbang 1,2% konsumsi bahan bakar global, dengan mayoritas memiliki tonase di bawah 20 ton dan panjang kurang dari 12 meter, kebanyakan berada di Asia. Ada juga 15 juta perahu rekreasi yang berpotensi beralih ke propulsi listrik yang lebih hijau.

Meskipun propulsi listrik belum menjadi pilihan untuk perahu, keterbatasannya selalu pada kepadatan energi baterai. Ini adalah hal yang dapat diatasi oleh desain Aluminium‑Udara modern, berpotensi menciptakan pasar niche namun menguntungkan untuk baterai ini.

4. Phinergy (PNRG.TA)

Phinergy adalah satu‑satunya perusahaan yang terlibat dalam teknologi Aluminium‑Udara yang kami temukan dan juga terdaftar secara publik. Perusahaan Israel ini mengembangkan baterai berbasis aluminium maupun seng. Mereka menargetkan pasar cadangan daya, mobilitas/EV, dan penyimpanan energi. Mereka juga melihat potensi energi maritim, dengan baterai berkemasan kontainer.

Perusahaan baru‑baru ini menandatangani kesepakatan untuk menyediakan 300 sistem cadangan daya kepada perusahaan telekom India, Indus Power, serta uji coba sukses dengan Cellnex, perusahaan telekom lainnya. Mereka juga menguji sistemnya dengan perusahaan pusat data cloud terkemuka.

Mereka juga menampilkan prototipe kendaraan penumpang listrik Tata pada Januari 2023. India berada di pusat strategi ekspor perusahaan, setelah menandatangani kesepakatan untuk membangun ekosistem dengan Hindalco Industries Limited (HINDALCO.BO ), salah satu produsen aluminium terbesar di India.

5. Log9

Perusahaan India ini adalah produsen sel baterai Lithium‑Ion asli pertama, yang juga memproduksi sistem manajemen baterainya sendiri. Perusahaan memproduksi baterai, ultrakapasitor graphene, dan Sel Bahan Bakar Aluminium (AFC).

Perusahaan tersebut dilaporkan pada 2020 memiliki tim 45 orang yang bekerja pada baterai Aluminium‑Udara. Mereka juga membahas prototipe kendaraan pengiriman jarak akhir yang dapat menempuh 3.000 km dengan satu “pengisian” pada 2021.

Baru‑baru ini, perusahaan tampaknya lebih banyak fokus pada baterai Lithium‑Ion pengisian cepat, sehingga tidak jelas apakah tujuan mereka untuk Aluminium‑Udara tercapai, namun teknologi tersebut masih ditampilkan secara menonjol di beranda situs web mereka.

Kesimpulan

Baterai Aluminium‑Udara, atau mungkin sel bahan bakar aluminium, adalah alternatif yang sangat menarik dibandingkan pendekatan konvensional terhadap teknologi EV dan baterai. Dengan menyediakan bahan bakar padat logam, ia dapat mengatasi sebagian besar hambatan adopsi EV, serta menyelesaikan masalah intermitensi energi terbarukan dengan “menyimpan” energi tersebut dalam aluminium padat yang didaur ulang.

Saat ini, teknologi ini masih dalam tahap awal, dengan tidak ada satu pun korporasi besar atau perusahaan baterai yang tampaknya mengerjakannya. Hal ini sebagian disebabkan oleh konsep yang secara radikal menyimpang dari pemikiran konvensional dalam industri EV dan memerlukan seperangkat keterampilan serta proses manufaktur yang sepenuhnya berbeda.

Selain itu, teknologi ini cenderung terlewatkan oleh kebijakan hijau dan subsidi, tidak memenuhi persyaratan baik untuk teknologi sel bahan bakar hidrogen maupun kebijakan baterai isi ulang/EV. Tampaknya teknologi ini paling diterima di India, dengan negara tersebut bersemangat mengejar ketertinggalan dari China dalam teknologi baterai dan energi hijau.