Baterai Lithium, Wujud Energi Masa Depan

Tepuk tangan pecah saat pengumuman Nobel Kimia 2019 menyebutkan nama tiga ilmuwan John Goodenough, Stanley Whittingham, dan Akira Yoshino. Berkat penemuan, pengembangan, dan penerapan baterai lithium-ion seakan mengubah cara manusia dalam  menggunakan energi.

Ganjaran piagam Nobel Kimia dan hadiah 9 Juta Krona Swedia jadi oleh-oleh atas penemuan mereka. Energi sebelumnya sering tak ramah lingkungan, mengandalkan sepenuhnya bahan bakar fosil. Kehadiran baterai dengan energi efisien tapi punya tenaga yang optimal seakan memberikan revolusi baru di semua lini energi umat manusia.

Bayangkan andai saja dunia modern belum menemukan baterai lithium-ion hingga saat ini. Mungkin kita belum mengenal ponsel pintar, laptop, atau kendaraan listrik. Semuanya masih mengandalkan baterai konvensional alkali standar yang mudah lemah daya dan eksplorasi bahan bakar fosil dalam jumlah besar.

Menipisnya bahan bakar fosil seakan tak jadi masalah sejak penerapan energi baterai yang ramah lingkungan. Ada banyak perangkat kini mulai dari ponsel pintar, laptop, dan bahkan kendaraan menggunakan akses baterai lithium-ion dalam penerapannya.

Ini seakan layak didapatkan oleh ketiga ilmuwan tersebut. Baterai isi ulang seakan meletakkan dasar elektronik nirkabel yang tak terhubung dengan listrik pada ponsel dan laptop. Bahkan menyalakan kendaraan listrik hingga menyalakan energi dari sumber terbarukan.

Perjuangan mereka pun sangat terjal dan panjang hingga akhirnya Nobel Kimia berhasil diraih tahun ini. Butuh hampir penantian panjang hampir setengah abad sejak pertama sekali M. Stanley Whittingham dari USA mengembangkan baterai lithium ion pertama di awal tahun 1970.  Pada dekade selanjutnya tongkat estafet dalam menggandakan potensi baterai lithium ion dilanjutkan oleh John B. Goodenough. 

Melihat potensi besar energi yang dihasilkan tersebut, ilmuwan asal Jepang Akira Yoshino mengkomersilkan baterai lithium ion di tahun 1985 setelah menghilangkan lithium murni yang terdapat di dalam baterai. Alhasil baterai yang dihasilkan jadi lebih aman dan punya daya pakai lebih lama.

Setelah kemudian cukup sukses dan dianggap sudah bisa diterapkan secara komersial. Baterai lithium ion akhirnya dikomersilkan tahun 1991 oleh perusahaan raksasa asal Jepang, Sony. Produk pertama kali yang digunakan adalah kamera video dan walkman, kemudian berlanjut pada berbagai produk elektronik portabel sesuai keinginan pasar.

 

Lithium ion dianggap merepresentasikan masa depan

Bukan hanya mobil Tamiya saja tapi semua aspek roda penggerak. Sebelumnya teknologi baterai masih menggunakan baterai konvensional khas baterai alkali. Daya yang dihasilkan lebih pendek dan mengalami penurunan daya setelah beberapa kali penggunaan dalam jangka panjang.

 

Beda halnya dengan lithium ion yang punya kelebihan mengisi daya lebih cepat, bertahan lebih lama, dan punya tingkat kepadatan daya lebih tinggi dengan bentuk ringkas. Ini yang diharapkan dalam merevolusi energi di masa depan.

Ada banyak perangkat teknologi saat ini yang sudah menggunakan baterai lithium ion karena punya pengisian super cepat dan daya pakai lebih besar. Tak hanya itu saja, di dalam baterai lithium ion terdapat proses pengisian daya saat baterai hampir penuh, biasanya di kisaran 80% daya untuk mengontrol suhu baterai.

Selain itu untuk menghindari kerusakan komponen yang ada di dalam baterai. Pengguna tidak harus mengosongkan daya sebelum mengisi daya kembali atau bahkan saat daya hanya ada separuh. Jadi tak perlu khawatir karena lithium ion sifatnya fleksibel untuk diisi daya kapan saja.

Ada banyak perangkat yang menggunakan baterai lithium ion dalam bentuk ukuran sel dari perangkat kecil seperti ponsel pintar hingga yang paling besar mobil listrik. Artinya semua yang digunakan saat ini hampir cenderung menggunakan daya listrik yang tersimpan di dalam baterai.

Mekanisme kerja baterai lithium ion

Awal mulanya konsep baterai masih mengandalkan tenaga baterai konvesional seperti alkali. Dengan susunan dari seng dan oksida mangan yang dipisahkan oleh batang baterai di dalamnya. Ini sangat sering kita temui dalam perangkat dengan daya energi singkat sebelum lithium ion dikomersilkan

Pada satu sisi seng bergantung secara lemah pada elektron dan di sisi lainnya oksida mangan secara kuat menarik elektron. Serta selembar kertas yang direndam dalam larutan kalium bertugas sebagai ion kalium positif dan ion hidroksida negatif. Sehingga mampu mengeluarkan energi dari dalam baterai. 

Tampilan dari baterai konvesional alkali

Beda halnya dengan lithium ion yang punya mekanisme energinya. Menggunakan bahan grafit dalam proses memegang elektron dan pada bagian lainnya adalah lithium kobalt oksida. Kelebihan yang dihasilkan adalah kemampuan menarik elektron jauh lebih kuat dibandingkan oksida mangan pada baterai alkali.

Kemampuan inilah yang mampu menghasilkan daya lebih besar dan penyimpanan jauh lebih besar. Selain itu larutan grafit dan lithium kobalt oksida mengandung ion lithium bermuatan positif yang dengan mudah membentuk dan memutuskan ikatan kimia ketika baterai habis digunakan dan hendak diisi ulang.

Material dari baterai lithium ion saat ini dikategorikan dari katoda (kutub positif) berbahan LiCoO2, anoda (kutub negatif) berbahan grafit, elektrolit berbahan LiPF6, EC, DEM, dan EMC dan separator menggunakan bahan poliprofen.

Dalam kinerjanya lithium merupakan unsur kimia yang paling mudah kehilangan daya bahkan di dalam air atau bahkan udara sekalipun yaitu 3,04 V. Alasan itulah mengapa baterai lithium ion harus punya ruangan kering dengan kelembapan kurang dari 5% untuk menjaga energi tidak terlepas begitu saja. 

Saat sumber daya diaktifkan, pada sisi positif akan mencoba menghilangkan daya dari atom lithium oksida logam. Elektron tersebut mengalir dari sirkuit eksternal karena ia tidak bisa mengalir melalui elektrolit sebelum mencapai lapisan grafit di sisi negatif.

Setelah sel elektrolit mencapai bagian dari grafit, sel akan terisi penuh. Fungsi grafit hanya sebagai bagian penyimpan ion lithium. Efeknya ion tadi akan tersebar baik yang melewati sirkuit dan elektrolit dan menghasilkan daya listrik.

Baca juga: Benarkah Mobil Listrik Ramah Lingkungan?

Baterai lithium ion rentan meledak khususnya saat kondisi upnormal. Untuk mengatasi itu semua di dalam elektrolit ditanamkan separator sebagai komponen isolator di dalam baterai. Dalam praktiknya, baterai lithium dilapisi oleh komponen tembaga pada oksida logam dan aluminium pada grafit. Tujuannya adalah sebagai kolektor yang menghubungkan kutub positif dan negatif di dalam baterai.

Saat ini ada banyak jenis baterai lithium ion yang sudah digunakan. Mulai dari NCA (Nickel Cobalt Aluminium Oxide) yang umumnya digunakan pada kendaraan listrik. Ada juga NMC (Nickel Manganese Cobalt Oxide), dan LFP (Lithium Iron Phosphate). Semuanya punya kelebihan masing-masing tergantung spesifikasi dan daya tahan penggunaan, dan juga harga.

 

Tak hanya itu saja, di masa depan grafit akan digantikan dengan silikon dengan tujuan kemampuan dari siklus daya yang lebih lama. Misalnya saja pada kendaraan Tesla proses pengisian hingga 3 ribu kali sebelum baterai akhirnya harus diganti. Andai saja digunakan silikon, ia akan punya kemampuan 10 ribu pengisian atau setara 25 tahun penggunaan Tesla.

Termasuk dalam perangkat teknologi Anda punya, ia bisa digunakan berhari-hari atau berminggu-minggu dengan kemampuan pengisian cepat. Siapa yang tak tergiur dengan itu semua.

Dampak buruk penggunaan lithium ion

Bisnis baterai akan berkembang sangat pesat di masa depan, akan ada lebih banyak lagi pihak. Salah satu masalah adalah kecelakan atau cacat produksi sering menimpa baterai lithium ion. Kebakaran pada perangkat akibat kesalahan reaksi kimia pernah menimpa produk unggulan Samsung yaitu Note 7 sehingga dilarang masuk ke dalam kabin pesawat.  Serta kasus Hoverboard meledak saat digunakan yang disebabkan kesalahan pada baterai lithium ion. 

Kasus terbakarnya perangkat berbahan li-ion

Ini membuat pesaing baru dari baterai lithium polimer lebih unggulan karena punya daya lebih kuat dan bentuk lebih tipis. Bahkan menyerupai gel yang bisa dibentuk dan sangat minim reaksi kimia di dalam baterai yang berakibat pada kecelakaan. Bahkan siklus hidup lebih baik yaitu 1000 kali dibandingkan dengan lithium ion yang hanya 500 kali. Kendala terbesar adalah harganya yang mahal dan sulit ditemukan di pasar.

Kemudian pengembangan baterai erat kaitannya dengan pengisian daya, dalam hal ini adalah pembangkit tenaga listrik. Asupan energi dari baterai akan meningkat sangat besar di masa depan. Otomatis pembangkit listrik akan bekerja lebih keras menghasilkan puluhan hingga ratusan megawatt. Proses pengumpulan daya listrik yang masih mengandalkan energi fosil pada pembangkit listrik.

 

Itu sama halnya meningkatkan cemaran di lingkungan bila tidak dikontrol dengan baik. Belum lagi ada kecelakaan yang terjadi pada pembangkit tenaga listrik bertenaga nuklir seperti di Chernobyl. Ukraina. Limbah buangannya bisa berbahan pada masyarakat yang tinggal di dekatnya.

Solusi terbaik dari besarnya asupan daya listrik dari pengisian lithium ion harus ramah lingkungan dan terbarukan. Salah satunya dengan menggunakan energi terbarukan sesuai daerahnya. Memang awal mula membuatnya butuh investasi yang besar, namun nilai tersebut akan terbayar dalam jangka waktu panjang.

 

Sebagai contoh di Indonesia punya potensi energi terbarukan seperti air, angin, matahari, arus bawah laut, dan panas bumi. Semakin optimal adanya infrastruktur pendukung pengisian daya di tempat umum. Misalnya saja kendaraan listrik hadir di tanah air, pemerintah sudah siap dengan pengisian daya yang mana listrik dihasilkan dari pembangkit listrik ramah lingkungan.

Masa depan baterai pada peradaban manusia

Dari itu semua kita harus berterima kasih oleh trio lintas zaman yang mengembangkan baterai lithium John Goodenough, Stanley Whittingham, dan Akira Yoshino. Seakan membuka jalan ilmuwan lainnya akan berharganya penyimpanan daya bernama baterai.

Inovasi dari baterai jadi tumpuan perangkat di masa depan khusus menghidupkan beragam perangkat. Bisa dibayangkan bagaimana pegalnya harus bersandar di pinggir tembok dengan kabel charging yang melekat di perangkat yang Anda miliki. Kita seakan terkungkung dan tidak bebas dalam berekspresi.

Alasan itu membuat para ilmuwan akan terus melakukan riset dalam memastikan bahwa baterai jadi lebih ringan, daya tahan lama, dan punya umur panjang. Paling familiar adalah lithium ion, sejak kemunculannya hampir 50 tahun lalu. Mengubah cara pandang pengisian daya berkekuatan besar dan bisa isi berulang kali tanpa mengurangi kualitas baterainya.

Kini baterai lithium ion sudah mencapai titik jenuh sebuah baterai dan siap digantikan dengan baterai model baru lainnya. Perangkat saat ini sudah terlalu canggih dan dibutuhkan daya yang lebih besar dalam menjalankannya.

Bisa dibayangkan di masa depan perangkat yang dimiliki bahkan tidak perlu diisi daya dalam waktu sepekan lamanya. Proses pengisian hanya hitungan detik saja dan bahkan usia pakainya lebih dari 5 tahun. Hanya saja tinggal bagaimana teknologi ini bisa diterapkan langsung dalam perangkat, bukan lagi sebatas prototype saja.

Salah satunya yang kini sedang dikembangkan adalah baterai menggunakan bahan karbon. Ini jelas lebih murah dan mudah dibandingkan bahan lithium yang tergolong langka di bumi. Khususnya dalam mengurangi emisi buang dan memanfaatkan energi terbarukan tapi dengan potensial penyimpanan energi lebih besar.

 

Bila proyek ini berhasil dan sukses dikembangkan dalam bisnis perangkat. Ganjaran penghargaan seperti Nobel dan apresiasi lainnya siap digondol oleh penemu berikutnya. Mengikuti jejak trio John Goodenough, Stanley Whittingham, dan Akira Yoshino dengan baterai lithium ion buatan mereka. Bahkan itu bisa saja Anda….

Semoga postingan ini bermanfaat dan memberikan inspirasi, Have a Nice Day guys..