Baterai Silikon Korea Selatan Diklaim Bisa Tempuh 1.000 Km

Harianjogja.com, JOGJA—Pengembangan baterai mobil listrik terus dilakukan untuk menjawab kekhawatiran konsumen terhadap jarak tempuh dan waktu pengisian daya. Salah satu terobosan datang dari peneliti Pohang University of Science and Technology (POSTECH), Korea Selatan, yang mengembangkan baterai lithium-ion berbasis partikel silikon mikro dan gel polimer elektrolit.

Teknologi tersebut berpotensi meningkatkan densitas energi baterai sekitar 40% dibandingkan teknologi pembanding yang digunakan dalam penelitian. Peningkatan ini membuka peluang pengembangan mobil listrik dengan jarak tempuh hingga 1.000 kilometer dalam satu kali pengisian daya.

Meski demikian, angka 1.000 kilometer masih merupakan potensi yang diharapkan dari pengembangan teknologi baterai tersebut. Penelitian yang dipublikasikan dalam jurnal Advanced Science pada 17 Januari 2024 itu berfokus pada peningkatan kinerja dan kestabilan baterai, bukan pengujian langsung jarak tempuh mobil listrik.

Silikon Jadi Alternatif Material Baterai

Selama ini, keterbatasan jarak tempuh menjadi salah satu pertimbangan konsumen sebelum beralih dari kendaraan berbahan bakar minyak (BBM) ke mobil listrik. Kapasitas penyimpanan energi baterai menjadi faktor penting karena berpengaruh terhadap seberapa jauh kendaraan dapat melaju sebelum perlu diisi ulang.

Silikon menarik perhatian peneliti karena memiliki kemampuan menyimpan lithium dalam jumlah besar. Material ini berpotensi meningkatkan kapasitas baterai lithium-ion sehingga kendaraan listrik bisa menempuh jarak lebih jauh.

Namun, penggunaan silikon sebagai material anoda bukan tanpa kendala. Ketika baterai diisi daya, volume partikel silikon dapat mengembang lebih dari tiga kali lipat. Partikel tersebut kemudian menyusut kembali ketika baterai digunakan.

Perubahan volume yang besar dan berulang dapat menimbulkan tekanan pada struktur baterai. Kondisi ini menjadi salah satu hambatan untuk memanfaatkan silikon secara optimal dalam baterai lithium-ion.

Selama ini, sejumlah penelitian mencoba mengatasi persoalan tersebut dengan menggunakan partikel silikon berukuran nano. Ukurannya yang sangat kecil dapat membantu mengurangi dampak perubahan volume, tetapi proses pembuatannya relatif rumit dan membutuhkan biaya tinggi.

POSTECH Gunakan Partikel Silikon Mikro

Tim peneliti yang dipimpin Profesor Soojin Park di POSTECH mengambil pendekatan berbeda. Alih-alih menggunakan partikel nano, mereka memanfaatkan silikon berukuran mikro dengan diameter sekitar 5 mikrometer.

Menurut penjelasan POSTECH, partikel tersebut berukuran sekitar 100 kali lebih besar dibandingkan partikel nano yang digunakan dalam teknologi anoda silikon konvensional. Pendekatan ini dinilai lebih praktis dari sisi biaya produksi sekaligus berpotensi menghasilkan densitas energi yang tinggi.

Tantangannya, partikel silikon berukuran lebih besar juga menghadapi persoalan perubahan volume yang signifikan ketika baterai mengalami proses pengisian dan pemakaian.

Untuk mengatasinya, peneliti menggabungkan partikel silikon mikro dengan gel polimer elektrolit yang memiliki sifat elastis. Material gel tersebut dapat menyesuaikan perubahan bentuk partikel silikon selama baterai bekerja.

Tim kemudian menggunakan teknologi penyinaran berkas elektron atau electron beam untuk membentuk ikatan kimia kovalen antara partikel silikon dan gel elektrolit. Ikatan tersebut membantu menyebarkan tekanan internal akibat pengembangan volume silikon sehingga struktur baterai lebih stabil.

Gel polimer elektrolit juga berperan dalam membantu perpindahan ion di dalam baterai. Sistem yang dikembangkan peneliti menunjukkan konduktivitas ionik yang sebanding dengan baterai konvensional yang menggunakan elektrolit cair.

Densitas Energi Meningkat Sekitar 40%

Hasil pengujian menunjukkan sistem baterai silikon-gel tersebut mampu mempertahankan kestabilan meskipun menggunakan partikel silikon berukuran mikro. Peneliti juga menguji teknologi ini pada sel baterai pouch berkapasitas 500 mAh.

Dalam publikasi ilmiahnya, tim melaporkan densitas energi gravimetrik mencapai 413 Wh/kg dan densitas energi volumetrik sebesar 1.022 Wh/L. POSTECH menyebut sistem tersebut memiliki peningkatan densitas energi sekitar 40% dibandingkan teknologi baterai pembanding.

Capaian itu menjadi salah satu alasan teknologi silikon-gel dinilai menjanjikan untuk pengembangan baterai kendaraan listrik. Densitas energi yang lebih tinggi memungkinkan penyimpanan energi lebih besar dalam bobot atau volume baterai tertentu.

Bagi pengguna kendaraan listrik, peningkatan kemampuan penyimpanan energi berpotensi mengurangi frekuensi pengisian daya dan memperpanjang jarak perjalanan. Namun, penerapannya pada kendaraan komersial masih membutuhkan pengembangan dan pengujian lebih lanjut.

Profesor Soojin Park mengatakan penggunaan anoda silikon mikro dalam penelitian tersebut mampu menghasilkan baterai yang tetap stabil.

"Kami menggunakan anoda mikro-silikon, tetapi baterainya tetap stabil. Riset ini membawa kita lebih dekat ke sistem baterai lithium-ion dengan densitas energi tinggi," kata Park Soojin.

POSTECH juga menilai proses pembuatan sistem baterai tersebut memiliki keunggulan karena menggunakan teknologi berkas elektron dan dinilai berpotensi diterapkan pada lini produksi baterai yang sudah ada.

Penelitian ini melibatkan sejumlah peneliti dari POSTECH dan beberapa institusi lain di Korea Selatan. Hasilnya dipublikasikan dengan judul Formulating Electron Beam-Induced Covalent Linkages for Stable and High-Energy-Density Silicon Microparticle Anode dalam jurnal Advanced Science.

Pengembangan berikutnya akan menjadi bagian penting untuk melihat sejauh mana teknologi tersebut dapat diterapkan pada baterai berkapasitas lebih besar dan memenuhi kebutuhan kendaraan listrik.

 

Cek Berita dan Artikel yang lain di Harian Jogja, dan edisi cetak versi elektronik kami hadir di Epaper Harian Jogja.