Ilmu material
Layar Sekarang Bisa Ditekuk – Mengapa Tidak Baterai?
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Salah satu poin paling dibicarakan pada Mobile World Congress tahun ini adalah demonstrasi konsep ponsel dapat ditekuk Motorola. Ponsel tersebut dapat melilit pergelangan tangan seseorang.
Meskipun layar ponsel yang sepenuhnya fleksibel telah ada cukup lama, konsep ponsel Motorola – yang dapat ditekuk – berada pada kelas tersendiri.
Tidak hanya itu merupakan smartphone fleksibel berukuran penuh dengan kamera, tetapi juga dilengkapi AI generatif yang dapat menghasilkan skema warna yang cocok dengan pakaian pemakai dalam 10 detik.
Sementara ponsel dapat ditekuk semakin populer, hari ini kami akan membahas skenario yang melibatkan baterai. Pertanyaannya, jika layar kini dapat ditekuk, mengapa tidak baterai?
Dalam perkembangan terbaru, peneliti di ACS Energy Letters melaporkan baterai lithium-ion dengan komponen yang sepenuhnya dapat diregangkan, termasuk lapisan elektrolit yang dapat mengembang hingga 5000%.
Hal yang baik tentang baterai ini adalah bahwa sifat kelenturannya tidak mengorbankan kinerja baterai , karena dapat mempertahankan kapasitas penyimpanan dayanya setelah hampir 70 siklus pengisian/pengosongan.
Pada segmen berikut, kami akan meneliti sifat-sifat baterai ini secara lebih detail.
Baterai Dapat Ditekuk dan Diregangkan untuk Memberdayakan Perangkat Elektronik dengan Sifat yang Sama
Penelitian terkini ini merupakan terobosan di bidang ini. Karena, hingga kini, upaya membangun baterai yang dapat ditekuk dan diregangkan telah mencoba menggunakan kain konduktif anyaman atau komponen kaku yang dilipat menjadi bentuk yang dapat diperluas seperti yang dilakukan dalam seni melipat kertas Jepang, origami.
Namun, teknik ini memiliki masalah karena baterai yang benar-benar dapat dibentuk memerlukan harus kelenturan pada setiap bagiannya, termasuk elektroda yang mengumpulkan muatan dan komponen penyeimbang muatan di lapisan elektrolit tengah.
Namun tidak ada prototipe yang kami lihat sejauh ini yang memiliki elastisitas sepenuhnya. Sebaliknya, mereka memiliki elastisitas sedang dan memerlukan proses perakitan yang kompleks, yang semakin terhambat oleh kapasitas penyimpanan energi yang terbatas, terutama ketika digunakan dalam waktu lama dengan pengisian dan pengosongan berulang.
Masalah ketidakefisienan pengisian muncul dari koneksi lemah antara lapisan elektrolit dan elektroda. Selain itu, elektrolit cair dapat menjadi tidak stabil, menyebabkan pergerakan saat baterai berubah bentuk.
Tim meneliti masalah-masalah ini dan menemukan solusi.
Solusi Inovatif untuk Mencapai Elastisitas Penuh
Tim berpikir untuk menggunakan elektrolit dalam lapisan polimer yang disatukan antara dua film elektroda fleksibel untuk menciptakan baterai yang sepenuhnya padat dan dapat diregangkan.
Untuk elektroda, tim merancang strategi menyebarkan lapisan tipis pasta konduktif yang mengandung nanokabel perak, karbon hitam, dan bahan katoda atau anoda berbasis litium ke atas pelat.
Selanjutnya, mereka menerapkan lapisan polydimethylsiloxane, bahan fleksibel yang umum digunakan pada lensa kontak, di atas pasta tersebut.
Akhirnya, di atas semua itu, peneliti menambahkan garam litium, cairan dengan konduktivitas tinggi, serta bahan-bahan untuk membuat polimer yang dapat diregangkan.
Ketika semua ini, yang ditumpuk dalam beberapa lapisan, diaktifkan oleh cahaya, komponen-komponen tersebut bersatu membentuk lapisan padat dan karet yang dapat meregang hingga 5000% dari panjang aslinya tanpa masalah dalam transportasi ion litium.
Seluruh perangkat ditutup dengan lapisan pelindung, dan tumpukan tersebut, seperti disebutkan sebelumnya, mencakup lapisan tambahan film elektroda.
Para peneliti membandingkan solusi mereka dengan solusi yang ada di pasar yang bertujuan mencapai tujuan yang sama. Hasil perbandingan adalah sebagai berikut:
Perbandingan Antara Desain Baterai Padat dan Dapat Diregangkan Baru dengan Perangkat yang Ditenagai oleh Elektrolit Cair Tradisional
- Versi baru menawarkan kapasitas muatan rata-rata enam kali lebih tinggi dengan kecepatan pengisian cepat.
- Solusi baru dapat mempertahankan stabilitas yang meningkat selama beroperasi pada 67 siklus pengisian dan pengosongan.
- Elektrolit polimer beroperasi stabil selama lebih dari 1000 siklus, dengan kapasitas menurun 1% pada 30 siklus pertama. Pada solusi elektrolit cair, penurunan mencapai 16%.
Para peneliti percaya bahwa meskipun masih banyak yang harus dicapai, penelitian dan hasilnya merupakan langkah maju yang sangat positif dan menjanjikan dalam menciptakan perangkat yang dapat dipakai atau ditanamkan yang fleksibel dan bergerak bersama tubuh.
Sementara institusi riset selalu berperan sebagai agen pionir bagi setiap industri untuk berkembang seiring waktu, tidak semua inovasi terbukti layak untuk aplikasi dunia nyata. Inovasi perlu memiliki unsur penerapan, dan juga harus mendukung adopsi dalam paradigma operasional yang berskala besar.
Pada tahun 2019, tim peneliti lain dari Johns Hopkins Applied Physics Laboratory mengembangkan baterai lithium-ion fleksibel yang dapat beroperasi dalam kondisi ekstrem seperti pemotongan, terendam, dan dampak balistik simulasi. Para peneliti juga memastikan bahwa baterai tersebut tidak dapat terbakar.
“Water-In-Salt” dan “Water-In-Bisalt” Elektrolit untuk Baterai Fleksibel yang Tidak Mudah Terbakar
Para peneliti menawarkan wawasan baru melalui penemuan kelas baru elektrolit \”water-in-salt\” dan \”water-in-bisalt\”—disebut WiS dan WiBS—yang, ketika dimasukkan ke dalam matriks polimer, dapat mengurangi aktivitas air dan meningkatkan kemampuan energi serta siklus hidup baterai.
Pada saat yang sama, mekanisme tersebut membebaskan konfigurasi baterai dari kebakaran, toksisitas, dan pelarut yang sangat reaktif yang ada di dalamnya. Hasilnya dalam bentuk baterai fleksibel yang aman dan kuat.
Menurut Konstantinos Gerasopoulos dari Departemen Penelitian dan Pengembangan Eksploratori APL, yang juga memimpin penelitian::
“Baterai Li-ion sudah menjadi kehadiran konstan dalam kehidupan sehari-hari kita, dari ponsel hingga mobil, dan terus meningkatkan keamanannya sangat penting untuk memajukan teknologi penyimpanan energi lebih jauh.”
Menjelaskan pentingnya penelitian, dia berkata:
“Makalah terbaru kami menunjukkan peningkatan kegunaan dan kinerja baterai Li-ion polimer fleksibel berbasis air yang dapat dibuat dan dioperasikan di udara terbuka.”
Sementara penelitian yang sedang berlangsung menawarkan banyak terobosan, beberapa perusahaan juga telah konsisten dalam memproduksi baterai fleksibel untuk barang elektronik.
#1. Samsung
Lebih dari empat tahun yang lalu, sebuah paten yang ditambahkan ke basis data World Intellectual Property Office (WIPO) menunjukkan bahwa Samsung telah mengembangkan baterai dapat dilipat untuk memberi daya pada ponsel dengan sifat serupa. Baterai yang dipatenkan dirancang dengan lapisan yang memungkinkan salah satu selnya terhubung ke sel lain melalui sambungan fleksibel. Sambungan fleksibel ini melintasi bagian engsel perangkat, menghilangkan kebutuhan dua baterai padat terpisah.
Patennya, menurut laporan, terkait dengan pembuatan baterai yang dapat masuk ke dalam seri Galaxy Fold-series. Keberhasilan solusi baterai tersebut berarti perusahaan tidak perlu khawatir memproduksi dua komponen konvensional terpisah. Sebaliknya, satu sel dapat mengalir ke sel berikutnya melalui engsel perangkat berkat strip pusat penghubungnya.
Patennya menyatakan bahwa engsel terdiri dari “base material,” “mixture layers,” dan “insulating separators.” Menurut para ahli, mekanisme tersebut memungkinkan lapisan aktif yang menyimpan muatan dalam sel berinteraksi sambil dapat memberi daya pada ponsel melalui modul sirkuit perlindungan (PCM) yang terintegrasi dan terhubung ke papan utama.
Samsung Galaxy Z Fold 6 sudah tersedia di pasar, menunjukkan bahwa teknologi baterai dapat dilipat Samsung telah berhasil. Ponsel ini dilengkapi dengan layar OLED 7,6 inci yang besar dan dapat mendukung penelusuran web terus-menerus melalui 5G (dalam hal ini, T-Mobile), dengan kecerahan layar diatur pada 150 nits.
Menurut ulasan gadget tersebut, perangkat ini rata-rata bertahan 10 jam 35 menit dalam empat pengujian, mengungguli waktu penggunaan Google Pixel Fold (10:21) namun tertinggal dari OnePlus Open (11:31).
Saat memberikan pendapatnya tentang kemampuan baterai seri Fold, reviewer – secara singkat – menyatakan hal berikut:
“Dalam penggunaan sehari-hari, saya menemukan Z Fold 6 memberikan daya tahan baterai yang cukup kuat. Dengan penggunaan campuran, indikator baterai biasanya turun ke kisaran 20% hingga 25% pada pukul 8 p.m., yang merupakan saat saya biasanya mencari charger. Namun saya tentu menginginkan daya tahan yang lebih lama pada hari-hari ketika saya bepergian atau terus-menerus menggunakan Slack.”
Secara keseluruhan, upaya Samsung dalam baterai ponsel yang dapat dilipat, fleksibel, atau ditekuk dapat dikatakan berhasil, dengan peluang perbaikan seperti biasa.
Secara finansial, Samsung Electronics baru-baru ini melaporkan hasil keuangannya untuk kuartal pertama 2024, menunjukkan pertumbuhan signifikan di berbagai segmen. Perusahaan mencatat pendapatan konsolidasi sebesar KRW 71.92 triliun ($52.08 miliar), menandakan peningkatan 13% dibandingkan periode yang sama tahun lalu. Laba operasional melonjak 933% menjadi KRW 6.61 triliun ($4.78 miliar), didorong terutama oleh penjualan kuat di divisi chip memori dan smartphone. Divisi smartphone mencatat hasil mengesankan, dengan seri Galaxy S24 memberikan kontribusi signifikan terhadap pendapatan dan laba operasional.
#2. Jenax
Perusahaan lain yang telah melakukan pekerjaan pionir dalam bidang kelenturan atau kemampuan meregangkan baterai adalah Jenax. Salah satu produk andalannya yang paling inovatif adalah J.Flex, Jenax’s baterai lithium-ion dapat diisi ulang, cepat mengisi, solid-state, fleksibel, dan inovatif.
Perusahaan mengklaim bahwa produknya dapat sepenuhnya ditekuk dan bergerak bersama perangkat tanpa mengorbankan daya. Dalam hal aplikasi, baterai ini melayani berbagai bidang, termasuk perangkat wearable IT, wearable kesehatan dan kebugaran, fashion, dan militer.
Baterai J.Flex dapat ditekuk atau digulung untuk meningkatkan fleksibilitas perangkat generasi berikutnya. Bahkan dengan tekukan dinamis yang konstan, ia dapat beroperasi dengan efisiensi dan kapasitas yang sama seperti level dasar yang tidak ditekuk.
J.Flex mendukung kustomisasi karena desainer kini dapat dengan mudah memikirkan pembuatan bentuk dan ukuran baru – yang sebelumnya tidak tersedia – tanpa mengorbankan kinerja. Baterai ini juga mematuhi standar internasional untuk memastikan keamanan dalam semua aplikasi.
Klik di sini untuk daftar saham baterai teratas untuk diinvestasikan.
Bengkokkan seperti Baterai: Tren Masa Depan dalam Kelenturan Baterai.
Volume penelitian yang sedang berlangsung di bidang ini menjadikan ruang tersebut menjanjikan untuk pertumbuhan. Perusahaan semakin inovatif dalam desain perangkat elektronik mereka. Mereka membayangkan estetika baru, menciptakan permintaan akan kelenturan, kemampuan meregang, dan sifat fleksibilitas pada baterai yang pada akhirnya akan memberi daya pada perangkat mereka.
Sementara kami telah meneliti dua penelitian semacam itu yang melanjutkan penelitian, kami akan menyimpulkan diskusi hari ini dengan meninjau satu lagi yang dapat penuh dengan aplikasi di hari-hari mendatang. Tim peneliti Universitas Houston merancang dan mengembangkan sebuah prototipe baterai lithium-ion berbasis kain yang sepenuhnya dapat diregangkan.
Para peneliti menggunakan kain perak konduktif sebagai platform dan pengumpul arus, yang terbukti menjadi terobosan. Saat menjelaskan apa yang telah dicapai penelitian ini dan apa signifikansinya, Haleh Ardebili, Profesor Bill D. Cook bidang Teknik Mesin di UH, yang bertanggung jawab memimpin penelitian, berkata:
“Terlihat sebagai langkah alami berikutnya untuk menciptakan dan mengintegrasikan baterai yang dapat diregangkan dengan perangkat dan pakaian yang dapat diregangkan. Bayangkan melipat, menekuk, atau meregangkan laptop atau ponsel Anda di dalam saku atau menggunakan sensor interaktif yang tertanam dalam pakaian kami yang memantau kesehatan kami.”
Tidak hanya penelitian ini memiliki potensi membuka frontier baru dalam penggunaan baterai dalam kehidupan sehari-hari kita, tetapi juga memperbaiki kelemahan mendasar yang ada sebelumnya: masalah kekakuan. Seperti penelitian Johns Hopkins 2019, peneliti UH mengubah elektroda baterai lithium-ion yang kaku menjadi elektroda yang dapat dipakai, berbasis kain, fleksibel, dan dapat diregangkan dengan elektrolit polimer padat.
Menurut Ardebili:
“Elektroda baterai harus memungkinkan pergerakan baik elektron maupun ion.”
Permintaan ini dapat dipenuhi secara efisien dengan penggunaan kain perak anyaman karena dapat secara mekanis berubah bentuk atau meregang dan tetap menyediakan “jalur konduksi listrik yang diperlukan agar elektroda baterai berfungsi dengan baik”.
Meskipun teknologi baterai masih dalam fase pengujian awal, para peneliti dapat membayangkan penerapannya dalam pakaian luar angkasa pintar, elektronik konsumen yang tertanam dalam pakaian yang memantau kesehatan orang, dan perangkat yang berinteraksi dengan manusia pada berbagai tingkat. Namun, seperti semua penemuan, kelayakan ini juga bergantung pada peningkatan skala produksi, pengelolaan struktur biaya, dan faktor serupa.
Di masa mendatang, kami akan melihat lebih banyak inovasi pada smartphone kami. Ruang yang berkembang lainnya adalah teknologi wearable yang ditujukan untuk kesehatan dan kebugaran. Fashion dan aksesori juga akan menggabungkan elemen elektronik.
Semua ini akan menghasilkan peningkatan permintaan akan baterai yang dapat diregangkan. Para peneliti akan melihat adopsi teknologi mereka yang meningkat di berbagai industri. Namun, tidak boleh dilupakan aspek keamanan, umur panjang, dan kinerja saat memproduksinya.
