You are reading..
Energy Materials, Energy Storage

Material Baterai Berkapasitas Tinggi Asal Bekasi

Ada dua hal yang dikhawatirkan oleh anak muda pada zaman digital sekarang, ketiadaan jaringan internet dan baterai yang sekarat. Konon, keduanya mutlak dibutuhkan agar mereka bisa eksis dimuka bumi. Itu sebabnya sekarang di beberapa fasilitas umum seperti Bandara, disedikan jaringan WiFi gratis dan beberapa stop kontak (lebih populer dikenal dengan colokan) untuk mengecas baterai.

Memang menyebalkan, dikala sedang hot-hotnya ceting sama si cinta, tiba-tiba baterai nge-drop. Sialnya kita lupa membawa charger atau power bank. Bisa mati kutu seharian, deh. Inilah yang menjadi tantangan sepanjang masa para peneliti baterai di dunia : menciptakan baterai yang memiliki kapasitas tinggi, kerapatan energi dan daya yang tinggi, waktu hidup lama, aman, ramah terhadap lingkungan dan murah. Dan jawaban atas semua itu terletak pada material baterainya, baik kutub negatif (anoda), kutub positif (katoda), elektrolit dan separator.

Martin -Chairul

Martin Halim (kiri) dan Chairul Hudaya (kanan)

Sekelompok peneliti di Korea Institute of Science and Technology (KIST) baru-baru ini menawarkan solusinya. Adalah Martin Halim, mahasiswa doktor asal Bekasi-Indonesia yang berhasil menemukan material baru berkelas keramik sebagai bahan anoda baterai lithium ion. Material ini memiliki kapasitas hampir 3 kali lipat lebih tinggi dibandingkan dengan grafit, material anoda yang digunakan untuk baterai lithium ion di pasaran. Ini berarti dengan kapasitas yang sama, baterai berbasis SiOC ini bisa jauh lebih ringan dari baterai lithium ion saat ini.

Hasil penelitiannya telah dipublikasikan dalam jurnal bergengsi, Journal of Materials Chemistry A (impact factor 8.262) dengan judul “Phenyl-rich silicone oil as a precursor for SiOC anode materials for long-cycle and high-rate lithium ion batteries”. Kebetulan saya ikut numpang tenar sebagai penulis kedua dengan tanda bintang, equal contribution.

Martin, yang meneliti dibawah bimbingan Prof. Joong Kee Lee, berhasil menemukan prekursor baru untuk membuat anoda SiOC dari bahan minyak silikon menggunakan metode pirolisis sederhana. Caranya, minyak silikon dipanaskan dalam tabung gelas dengan suhu bervariasi antara 700 -1000 deg C dan dialiri gas argon. Proses ini mengubah cairan menjadi produk akhir berupa padatan berwarna hitam pekat. Padatan ini yang kemudian dihancurkan untuk dibuat campuran bersama binder dan conducting agent dan dicetak pada lembaran tembaga sebagai material anoda.

Minyak silikon adalah bahan yang banyak digunakan untuk pelumas mesin karena sifatnya yang stabil dan titik didihnya yang tinggi. Meski di pasaran namanya sama-sama minyak silikon, ternyata mereka punya rumus kimia yang berbeda-beda. Kami menemukan bahwa tidak semua minyak silikon dapat dikonversi menjadi padatan hitam. Paling tidak, kami mengujinya dari 3 sampel yaitu minyak silikon dari perusahaan di Indonesia, Korea dan Jerman. Hanya minyak silikon dari Jerman yang mengandung gugus penil yang dapat dipirolisis untuk menghasilkan padatan hitam. Sedangkan yang lainnya tidak menghasilkan apapun.

Ketika material SiOC diuji sifat elektrokimianya dalam bentuk koin setengah sel (half-cell),  anoda SiOC dapat memberikan kapasitas 1050 mAh/g pada kerapatan arus listrik 50 mA/g. Uniknya, sel baterai dengan material ini tetap stabil ketika diberikan kerapatan arus yang lebih tinggi. Kami telah membandingkan dengan material SiOC lainnya dari prekursor berbeda yang ada di literatur. Hasilnya mencengangkan, material kami jauh lebih baik bahkan pada kerapatan arus listrik yang tinggi.

Alasan utama dari performa elektrokimia yang baik berasal dari adanya karbon bebas yang terbentuk ketika proses pirolisis. Karbon bebas ini diduga berasal dari banyaknya gugus penil dari minyak silikon. Adanya gugus penil dalam material dibuktikan dengan analisis spektroskopi FTIR. Akibatnya, penetrasi lithium ketika keluar-masuk material bisa lebih cepat. Ini terlihat dari nilai difusivitas lithium ion yang tinggi, yaitu 5.1 × 10-6 cm2 s-1.

Alasan lainnya adalah karena mekanisme rekasi lithium dalam material SiOC tidak terjadi secara alloy-dealloy, sepertihalnya material anoda berbasis silikon lainnya. Dalam proses alloy-dealloy, terjadi reaksi tak-balik (irreversible reaction) antara silikon dengan lithium sehingga mengkonsumsi lithium dan terbentuknya solid-electrolyte interphase (SEI). Ditambah lagi adanya retakan material akibat perubahan volume ketika reaksi lithium. Hal ini tidak terjadi pada material SiOC karena struktur material SiOC tidak terdapat ikatan silikon dengan silikon. Ini dibuktikan dengan analisis XRD pada sel yang telah di charge-discharge pada tegangan yang berbeda.

Sebagai proteksi, penemuan material ini telah didaftarkan pada paten Korea. Kini, Martin dan koleganya sedang melanjutkan penelitian material ini untuk aplikasi penyimpanan energi (energy storage) lainnya, seperti kapasitor lithium ion. Karena prosesnya yang mudah dan murah, material SiOC dengan prekursor minyak silikon ini sangat memungkinkan untuk difabrikasi secara masal oleh industri. Sehingga, baterai yang memiliki kapasitas tinggi bukan mustahil dapat direalisasikan segera. Semoga.

Discussion

No comments yet.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: