Penemuan Baterai Lithium-Sulfur Berpotensi Merubah Dunia Energi Kita

0
201

(Vibizmedia-Kolom) Para ilmuwan telah menemukan fase kimia belerang yang menghentikan degradasi baterai. Mereka sangat terkejut dengan penemuan itu sehingga mereka memeriksa 100 kali untuk memastikan hasilnya nyata. Seperti kebanyakan penemuan yang tidak disengaja, para ilmuwan belum mengetahui apa yang sebenarnya terjadi. Jadi diperlukan penelitian lebih lanjut. Jika berhasil, baterai lithium-sulfur dapat memberikan kendaraan listrik jangkauan ribuan mil.

Sesekali, teknologi revolusioner tampaknya secara spontan muncul begitu saja dan mengubah dunia kita. Dinamit, penisilin, mesin sinar-X, dan bahkan gelombang mikro adalah contoh penemuan revolusioner yang tidak disengaja. Nah, tahun ini kita mungkin punya lagi. Namun, kali ini diatur tidak hanya untuk merevolusi cara kita hidup, tetapi berpotensi untuk mengatasi perubahan iklim yang ekstrem dengan membuka kunci teknologi yang sulit dipahami: baterai lithium-sulfur. 

Teknologi baterai lithium-ion memiliki beberapa kelemahan yang parah. Selama beberapa dekade, ilmuwan telah mencari teknologi terbaik untuk mendukung gaya hidup modern dan memungkinkan teknologi bersih, seperti mobil listrik. Sejak awal 90-an, teknologi baterai pilihan adalah lithium-ion .

Selama beberapa dekade, ilmuwan telah mencari teknologi terbaik untuk mendukung gaya hidup modern kami dan memungkinkan teknologi bersih, seperti mobil listrik. Sejak awal 90-an, teknologi baterai pilihan adalah lithium-ion . Ini menggerakkan segalanya mulai dari ponsel dan Tesla hingga fasilitas cadangan jaringan energi dan bahkan satelit. Namun terlepas dari kenyataan bahwa mereka telah membawa kita ke abad ke-21, mereka memiliki beberapa kelemahan yang parah .

Pertama, bahan yang dibutuhkan untuk membangunnya, seperti kobalt, biasanya sangat merusak lingkungan untuk tambang. Mereka menghancurkan ekosistem yang luas dan bahkan mengeluarkan bahan kimia beracun. (Dalam praktiknya, ada juga pertanyaan kemanusiaan, karena beberapa kondisi kerja tambang ini mematikan dan menggunakan pekerja anak.)

Lalu ada masalah siklus hidup . Setiap orang menuntut waktu pengisian daya yang lebih cepat dari perangkat mereka. Ini berlaku untuk semuanya, mulai dari ponsel hingga mobil. Namun, seperti yang akan dikatakan oleh siapa pun yang memiliki ponsel cerdas, baterai lithium-ion dapat dengan cepat kehilangan kapasitasnya jika Anda berulang kali mengisi daya dengan cepat.

Degradasi baterai adalah kekhawatiran serius, terutama bagi dunia electric vehicle (EV). EV bekas terkadang tidak berguna jika baterai habis, yang akan menghabiskan banyak uang untuk menggantinya . Secara keseluruhan, ini memperlambat adopsi EV dan juga berarti limbah elektronik, yang sudah menjadi masalah besar, hanya akan bertambah buruk.

Ada juga masalah kepadatan. Paket lithium-ion relatif padat energi, tetapi masih cukup berat, besar, dan besar. Ini membatasi jangkauan mobil listrik karena baterainya sangat berat, dan itu membuat baterai tidak layak untuk beberapa aplikasi, seperti pesawat dan kapal listrik komersial.

Bahkan ada masalah kebakaran dengan baterai lithium-ion, karena sel yang rusak dapat secara spontan terbakar dan terbakar hebat. Lihat saja apa yang terjadi dengan beberapa ponsel lama Samsung dan Rimac EV yang menabrak Richard Hammond .Inilah sebabnya mengapa para ilmuwan mencari jenis baterai baru, yang dikenal sebagai lithium-sulfur .

Di permukaan, lithium-sulfur tampaknya menyelesaikan semua masalah lithium-ion . Ini menggunakan bahan yang jauh lebih tidak berbahaya secara ekologis, bisa lebih murah untuk diproduksi, bisa sampai tiga kali lebih padat energi (artinya baterai yang lebih ringan) dan jauh lebih kecil kemungkinannya untuk terbakar. Semua tanpa mengorbankan kecepatan pengisian daya.

Mengapa kita belum memilikinya?

Yah, mereka punya satu masalah besar . Sementara baterai lithium-ion dapat digunakan untuk sekitar 2000 siklus pengisian daya , lithium-sulfur biasanya terbatas hanya sekitar setengahnya. Jadi, setelah satu atau dua tahun penggunaan yang benar, baterai lithium-sulfur pada dasarnya mati.

Untuk mengatasi ini, tim Drexel dari Fakultas Teknik Universitas Drexel, Philadelphia, AS, mencoba pendekatan baru untuk lithium-sulfur, dengan mengubah senyawa di katoda baterai. Tujuan mereka adalah untuk memperlambat reaksi kimia yang menciptakan polisulfida saat baterai diisi dan dikosongkan. Kristal ini secara efektif mengeluarkan belerang dari elektroda dan pada akhirnya menyebabkan hilangnya kapasitas secara besar-besaran. Memperlambatnya dapat membuat baterai yang sangat padat energi ini bertahan lebih lama.

Tapi apa yang mereka temukan adalah sesuatu yang luar biasa: fase kimia belerang yang pada dasarnya menghentikan degradasi baterai ! Mereka sangat terkejut dengan penemuan ini sehingga mereka harus memeriksa 100 kali untuk memastikan mereka tidak salah membacanya.

Fase kimia ini dikenal sebagai belerang fase gamma monoklinik tetapi hanya pernah diamati di laboratorium pada suhu tinggi — di atas 95 °C (203 °F). Ini adalah pertama kalinya terlihat pada suhu kamar. Dalam baterai, fase ini benar-benar menghentikan reaksi yang menciptakan polisulfida. Ini sangat efektif sehingga para ilmuwan mengirim baterai melalui 4.000 siklus pengisian tanpa penurunan kapasitas, yang berarti baterai itu bertahan setidaknya dua kali lebih lama dari lithium-ion.

Perlu juga dicatat bahwa baterai mereka tiga kali lebih padat energinya daripada lithium-ion dan dapat mengisi daya dengan cepat! Baterai ini akan memiliki berat sepertiga dari baterai lithium-ion yang setara dan memiliki masa pakai dua kali lipat. Fase baru belerang ini juga memiliki manfaat lain, seperti mengurangi ekspansi baterai dan meningkatkan margin keamanan. Dengan kata lain, baterai ini memiliki semua keunggulan baterai pasar massal terbaik, dan para ilmuwan ini menemukannya secara tidak sengaja.

Seperti kebanyakan penemuan yang tidak disengaja, para ilmuwan belum mengetahui apa yang sebenarnya terjadi. Mereka masih tidak tahu mengapa fase belerang ini dibuat atau bagaimana memastikannya tetap seperti itu. Jadi penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini untuk mengembangkan baterai yang andal yang dapat digunakan di miliaran komputer, mobil listrik, dan sejenisnya. Tapi itu akan sepadan dengan menunggu karena baterai ini akan menimbang sepertiga dari baterai lithium-ion yang setara dan memiliki masa pakai dua kali lipat!

Penerbangan jarak pendek, kapal kargo, dan feri penumpang akan memiliki teknologi yang memungkinkan mereka menggunakan listrik sepenuhnya.Itu berarti EV yang jauh lebih cepat dan lebih efisien dengan jangkauan ribuan mil akan layak secara komersial dengan biaya yang sama dengan EV saat ini. Terlebih lagi, mereka sebenarnya masih berguna dalam waktu 10 tahun, secara dramatis mengurangi pemborosan dan meningkatkan tingkat adopsi EV.

Selain itu, penerbangan jarak pendek , kapal kargo, dan feri penumpang akan memiliki teknologi yang memungkinkan mereka menggunakan listrik sepenuhnya. Penghematan yang ekstra, memiliki umur panjang, dan harga yang kompetitif akan berarti sektor-sektor ini akhirnya dapat mencapai tujuan rendah karbon mereka.

Singkatnya, baterai lithium-sulfur dapat memungkinkan sejumlah besar aktivitas menjadi listrik, membuat emisi nol-bersih jauh lebih layak. Luar biasa, semua menjadi lebih baik. Litium, belerang, dan bahan lain yang membuat baterai baru ini melimpah di seluruh Bumi. Ini berarti kita dapat secara drastis meminimalkan dampak ekologi pertambangan, serta memastikan rantai pasokan yang lebih kuat.

Tapi itu bukan akhir dari penemuan ini. Tim di Drexel sudah mulai menggunakan terobosan ini untuk membuat baterai natrium -sulfur. Dengan menghilangkan kebutuhan akan lithium, mereka dapat membuat baterai lebih ramah lingkungan dan menghilangkan hambatan rantai pasokan yang besar , memastikan adopsi EV dapat berlanjut pada kecepatan sangat tinggi yang direncanakan oleh pembuat mobil.

Penemuan yang tidak disengaja di Drexel ini akan merevolusi penggunaan daya dunia dan membantu transisi umat manusia menuju masyarakat yang lebih bersih dan netral karbon. Semoga saja tim di Drexel dapat segera mengeluarkan teknologi ini dari lab dan ke tangan kita. Bagaimana penemuan yang tidak disengaja yang dibuat tahun ini dapat mengubah dunia.