ESGNOW.ID, JAKARTA -- Kendaraan listrik umumnya ditenagai oleh baterai dari logam kobalt yang memiliki biaya finansial, lingkungan, dan sosial yang tinggi. Sebagai solusi, para peneliti MIT kini merancang bahan baku baterai untuk kendaraan listrik yang lebih berkelanjutan. Baterai lithium-ion baru ini memiliki katoda yang terbuat dari bahan organik, bukan kobalt dan nikel (logam lain yang sering digunakan dalam baterai lithium-ion).
Dalam penelitian terbaru, para peneliti menunjukkan bahwa bahan baku ini -yang dapat diproduksi dengan biaya lebih rendah daripada baterai kobalt- mampu menghantarkan listrik dengan kecepatan yang sama dengan baterai kobalt. Baterai baru ini juga memiliki kapasitas penyimpanan yang sebanding dan dapat diisi ulang lebih cepat daripada baterai kobalt.
"Saya pikir bahan ini dapat memberikan dampak yang besar karena bekerja dengan sangat baik. Bahan ini bisa bersaing dengan teknologi yang sudah ada, dan dapat menghemat banyak biaya serta masalah lingkungan yang terkait dengan penambangan logam,” kata Profesor Energi di MIT, Mircea Dinca, seperti dilansir Phys, Selasa (23/1/2024).
Dinca adalah penulis senior dari penelitian yang dipublikasikan di jurnal ACS Central Science. Tianyang Chen dan Harish Banda, mantan postdoc MIT, adalah penulis utama makalah tersebut. Penulis lainnya termasuk Jiande Wang, seorang postdoc MIT; Julius Oppenheim, seorang mahasiswa pascasarjana MIT; dan Alessandro Franceschi, seorang peneliti di University of Bologna.
Kobalt memiliki kelemahan yang signifikan. Sebagai logam yang langka, harganya dapat berfluktuasi secara dramatis, dan sebagian besar deposit kobalt di dunia terletak di negara-negara yang secara politik tidak stabil. Ekstraksi kobalt menciptakan kondisi kerja yang berbahaya dan menghasilkan limbah beracun yang mencemari tanah, udara, dan air di sekitar tambang.
Karena banyaknya kekurangan kobalt, banyak penelitian yang dilakukan untuk mengembangkan bahan baterai alternatif. Salah satu bahan tersebut adalah lithium-iron-phosphate (LFP), yang mulai digunakan oleh beberapa produsen mobil dalam kendaraan listrik. Meskipun masih berguna secara praktis, LFP hanya memiliki kepadatan energi sekitar setengah dari baterai kobalt dan nikel.
Pilihan lain yang menarik adalah bahan organik, tetapi sejauh ini sebagian besar bahan tersebut belum mampu menandingi konduktivitas, kapasitas penyimpanan, dan masa pakai baterai yang mengandung kobalt. Karena konduktivitasnya yang rendah, bahan-bahan tersebut biasanya perlu dicampur dengan pengikat seperti polimer, yang membantu mereka mempertahankan jaringan konduktif. Bahan pengikat ini, yang membentuk setidaknya 50 persen dari keseluruhan bahan, menurunkan kapasitas penyimpanan baterai.
Sekitar enam tahun yang lalu, laboratorium Dinca mulai mengerjakan sebuah proyek, yang didanai oleh Lamborghini, untuk mengembangkan baterai organik yang dapat digunakan untuk menyalakan mobil listrik. Ketika mengerjakan material berpori yang sebagian organik dan sebagian anorganik, Dinca dan mahasiswanya menyadari bahwa material organik yang mereka buat ternyata bisa menjadi konduktor yang kuat.
Bahan ini terdiri dari banyak lapisan TAQ (bis-tetraamino benzoquinone), sebuah molekul kecil organik yang mengandung tiga cincin heksagonal yang menyatu. Lapisan-lapisan ini dapat meluas ke segala arah, membentuk struktur yang mirip dengan grafit. Di dalam molekul terdapat gugus kimia yang disebut kuinon, yang merupakan penampung elektron, dan amina, yang membantu material membentuk ikatan hidrogen yang kuat.
Ikatan hidrogen tersebut membuat bahan tersebut sangat stabil dan juga sangat tidak larut. Ketidaklarutan tersebut penting karena mencegah bahan tersebut larut ke dalam elektrolit baterai, seperti yang dilakukan oleh beberapa bahan baterai organik, sehingga memperpanjang masa pakainya.
"Salah satu metode utama degradasi untuk bahan organik adalah bahan tersebut larut ke dalam elektrolit baterai dan menyeberang ke sisi lain baterai, yang pada dasarnya menciptakan korsleting. Jika Anda membuat bahan yang benar-benar tidak larut, proses tersebut tidak akan terjadi, sehingga kami dapat menggunakan lebih dari 2.000 siklus pengisian daya dengan degradasi yang minimal," kata Dinca.
Pengujian bahan ini menunjukkan bahwa konduktivitas dan kapasitas penyimpanannya sebanding dengan baterai yang mengandung kobalt tradisional. Selain itu, baterai dengan katoda TAQ dapat diisi dan dikosongkan lebih cepat daripada baterai yang ada saat ini, yang dapat mempercepat laju pengisian daya untuk kendaraan listrik.
Untuk menstabilkan bahan organik dan meningkatkan kemampuannya untuk menempel pada pengumpul arus baterai, yang terbuat dari tembaga atau aluminium, para peneliti menambahkan bahan pengisi seperti selulosa dan karet. Bahan pengisi ini membentuk kurang dari sepersepuluh dari keseluruhan komposit katoda, sehingga tidak secara signifikan mengurangi kapasitas penyimpanan baterai.
Bahan pengisi ini juga memperpanjang masa pakai katoda baterai dengan mencegahnya dari keretakan saat ion lithium mengalir ke katoda saat baterai diisi.
Bahan utama yang dibutuhkan untuk memproduksi katoda jenis ini adalah prekursor kuinon dan prekursor amina, yang sudah tersedia secara komersial dan diproduksi dalam jumlah besar sebagai bahan kimia komoditas. Para peneliti memperkirakan bahwa biaya material untuk merakit baterai organik ini bisa mencapai sepertiga hingga setengah dari biaya baterai kobalt.
Lamborghini telah melisensikan paten atas teknologi ini. Laboratorium Dinca berencana untuk terus mengembangkan bahan baterai alternatif dan mengeksplorasi kemungkinan penggantian litium dengan natrium atau magnesium, yang lebih murah dan lebih berlimpah daripada lithium.
