Baterai Daur Ulang di Horizon Mengganti Elektrolit Organik dengan Air

Baterai Air & Keamanan Kebakaran

Selama bertahun‑tahun, baterai litium‑ion telah menjadi bentuk baterai yang dominan di pasar, baik untuk elektronik maupun kendaraan listrik. Hal ini berkat profil luar biasa mereka dalam hal kepadatan energi, dan keamanan secara keseluruhan. Namun ketika mereka gagal, kegagalan tersebut biasanya terjadi secara spektakuler, dengan kebakaran yang sangat intens dan sulit dipadamkan. Ini juga menjadi masalah ketika baterai berada di akhir masa pakainya dan perlu didaur ulang.

Skenario terburuk adalah ketika satu kegagalan baterai menyebabkan rangkaian kebakaran pada baterai di sekitarnya, sebuah kekhawatiran nyata ketika membangun taman baterai dengan litium‑ion untuk sistem skala utilitas yang besar. Risiko kebakaran pada baterai litium sebagian besar berasal dari elektrolit organik yang mudah terbakar yang digunakan untuk menghubungkan anoda dan katoda baterai.

Peneliti di RMIT di Australia mungkin telah menemukan solusi dengan mengganti elektrolit dengan air. Tim dipimpin oleh Prof. Tianyi Ma (kiri), yang bekerja pada proyek tersebut bersama Dr. Lingfeng Zhu (kanan).

Sumber: RMIT

Baterai yang disebut baterai air, atau baterai logam‑ion berair, tidak dapat memicu kebakaran atau meledak. Mereka juga sangat rendah toksisitasnya bagi manusia maupun lingkungan.

Janji Baterai Air

Desain baterai air bergantung pada elemen sederhana seperti seng dan magnesium, yang melimpah dan memiliki toksisitas rendah, sehingga mengurangi biaya produksi dan memudahkan produksi massal.

Dalam praktiknya, ini berarti bahwa baterai air dapat hadir dalam beberapa bentuk. Misalnya, berbentuk baterai magnesium-ion atau baterai amonia-ion.

Dan tim Prof. Tianyi sedang bekerja untuk menjadikan baterai ini layak secara komersial dengan menyelesaikan detail yang selama ini menghambat adopsinya.

Salah satu contoh adalah perbaikan elektroda mangan, menciptakan kapasitor menggunakan Magnesium dan mangan serta mencapai “128,39 Wh/kg dengan kemampuan siklus ultra‑panjang, memberikan retensi kapasitansi 85 % setelah 6000 siklus“

Properti elektrokimia yang luar biasa, serta implikasi keamanan kritis dari elektrolit berair, menjadikan MIC berair ini menjanjikan untuk aplikasi penyimpanan energi skala besar. Selain itu, strategi konsep konstruksi cacat ganda kation‑anion harus memberikan wawasan penting dalam pembuatan baterai berbasis logam‑ion yang dapat diisi ulang.

Sumber: Energy  Storage  Material

Mengatasi Dendrit

Masalah lain yang dialami oleh kebanyakan baterai adalah pertumbuhan dendrit yang progresif di dalam sel. Dendrit adalah struktur logam berduri yang seiring waktu dapat membuat hubungan pendek (dan kebakaran pada kasus litium‑ion). Baterai air juga rentan terhadap masalah dendrit.

Dengan melapisi bagian logam baterai dengan bismut, terbentuk lapisan pelindung yang menghalangi pembentukan dendrit.

Hal ini membuat baterai baru secara signifikan lebih tahan lama dibandingkan baterai litium‑ion, sehingga cocok untuk penggunaan intensif seperti paket baterai skala utilitas, atau bahkan kendaraan komersial. Terutama karena mereka jauh lebih aman, mereka menjadi kandidat yang baik untuk memperluas pilihan kimia alternatif selain litium‑ion, khususnya untuk skala utilitas (sesuatu yang kami bahas lebih lanjut dalam artikel kami Masa Depan Penyimpanan Energi – Teknologi Baterai Skala Utilitas, termasuk perusahaan‑perusahaan yang sedang mengerjakan produksi komersialnya).

“Baterai air magnesium‑ion memiliki potensi untuk menggantikan baterai timbal‑asam dalam jangka pendek – sekitar satu hingga tiga tahun – dan berpotensi menggantikan baterai litium‑ion dalam jangka panjang, 5 hingga 10 tahun ke depan.”

Pr Tianyi Ma

Apakah Baterai Air adalah Jalan ke Depan?

Baterai skala utilitas kemungkinan akan sangat berbeda dari baterai kendaraan listrik, karena keduanya tidak beroperasi dengan kendala yang sama:

• Baterai EV harus ringan dan kecil, sangat padat energi, serta dapat diisi daya dengan cepat.
• Baterai skala utilitas harus murah, sangat tahan lama, stabil/aman, dan mengandalkan material melimpah yang dapat diperoleh dalam jumlah besar.

Bahkan dalam bidang baterai skala utilitas, beberapa kimia kemungkinan akan berbagi pasar selama bertahun‑tahun, bahkan puluhan tahun.

Hal ini karena masing‑masing akan memiliki keunggulan dan kasus penggunaan sendiri, seperti rentang waktu yang berbeda, menyimpan energi untuk siklus siang/malam atau selama beberapa minggu.

Dan karena dalam hal apapun, adopsi massal energi terbarukan berarti adopsi massal baterai, serta diversifikasi material akan menghindari kejutan harga pada logam yang tidak langka, namun juga tidak berlebih secara masif, seperti:

• Seng (baterai seng)
• Magnesium (magnesium-ion)
• Mangan (baterai logam hidrogen)
• Vanadium (baterai aliran redoks)
• Antimon (baterai logam cair)
• Sulfur (baterai natrium-sulfur)

Saat ini tidak ada perusahaan yang sedang mengembangkan baterai magnesium‑ion untuk dipasarkan. Namun hal ini mungkin akan berubah dalam waktu dekat, mengingat berbagai kombinasi kimia lain yang sedang bergerak menuju produksi massal.