Ilmuwan Korea Mengembangkan Alternatif Baterai Lithium-Ion yang Lebih Murah dan Aman

Teknologi inovatif memungkinkan transformasi gas hidrogen menjadi air secara aman, sehingga meningkatkan keamanan baterai. Kemajuan ini membuka jalan bagi komersialisasi baterai isi ulang berair yang lebih terjangkau dan lebih aman.

Musim panas ini, Bumi mengalami pola cuaca ekstrem, termasuk gelombang panas ekstrem dan hujan lebat. Urgensi untuk mengadopsi sumber energi terbarukan dan meningkatkan infrastruktur terkait kini semakin penting sebagai strategi untuk melestarikan planet kita di masa-masa sulit ini. Namun, pendekatan ini menghadapi tantangan besar karena sifat pembangkitan listrik dari energi terbarukan yang tidak dapat diprediksi, dan bergantung pada variabel yang tidak pasti seperti kondisi cuaca yang tidak stabil.

Oleh karena itu, permintaan akan sistem penyimpanan energi (ESS) yang dapat menyimpan dan memasok listrik sesuai kebutuhan semakin meningkat, namun baterai lithium-ion (LIB) yang saat ini digunakan dalam ESS tidak hanya sangat mahal, tetapi juga rentan terhadap potensi kebakaran. , jadi ada kebutuhan mendesak untuk mengembangkan alternatif yang lebih murah dan aman.

Penyebab pembentukan hidrogen dan akumulasi yang tiada henti dalam sel baterai isi ulang berair. Kredit: Institut Sains dan Teknologi Korea

Kemajuan dalam Baterai Isi Ulang Berair

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Dr. Oh, Si Hyoung dari Pusat Penelitian Penyimpanan Energi di Institut Sains dan Teknologi Korea (KIST) telah mengembangkan baterai isi ulang berair yang sangat aman yang dapat menawarkan penggantian tepat waktu yang memenuhi persyaratan biaya dan keselamatan.

Meskipun kepadatan energinya lebih rendah, baterai isi ulang berair memiliki keuntungan ekonomi yang signifikan karena biaya bahan bakunya jauh lebih rendah dibandingkan LIB. Namun, gas hidrogen yang dihasilkan dari penguraian parasit air menyebabkan peningkatan tekanan internal secara bertahap dan akhirnya menguras elektrolit, sehingga menimbulkan ancaman besar terhadap keamanan baterai, sehingga menyulitkan komersialisasi.

Usulan strategi untuk mengamankan keamanan baterai isi ulang berair melalui regenerasi air. Kredit: Institut Sains dan Teknologi Korea

Mengatasi Tantangan Keamanan dalam Teknologi Baterai

Hingga saat ini, para peneliti sering mencoba menghindari masalah tersebut dengan memasang lapisan pelindung permukaan yang meminimalkan area kontak antara anoda logam dan elektrolit. Namun, korosi pada anoda logam dan penguraian air dalam elektrolit dalam banyak kasus tidak dapat dihindari, dan akumulasi gas hidrogen yang terus menerus dapat menyebabkan potensi ledakan dalam pengoperasian jangka panjang.

Peran katalis komposit dalam mengaktifkan reaksi kimia untuk regenerasi air. Kredit: Institut Sains dan Teknologi Korea

Untuk mengatasi masalah kritis ini, tim peneliti telah mengembangkan katalis komposit yang terdiri dari mangan dioksida dan paladium, yang mampu secara otomatis mengubah gas hidrogen yang dihasilkan di dalam sel menjadi air, sehingga menjamin kinerja dan keamanan sel.

Mangan dioksida tidak bereaksi dengan gas hidrogen dalam keadaan normal, namun ketika sejumlah kecil paladium ditambahkan, hidrogen mudah diserap oleh katalis, dan diregenerasi menjadi air. Dalam sel prototipe yang diisi dengan katalis yang baru dikembangkan, tekanan internal sel dipertahankan jauh di bawah batas aman, dan tidak ada penipisan elektrolit yang diamati.

Implikasinya terhadap Masa Depan Penyimpanan Energi

Hasil penelitian ini secara efektif memecahkan salah satu masalah keselamatan yang paling mengkhawatirkan pada baterai berair, sehingga membuat kemajuan besar menuju penerapan ESS secara komersial di masa depan. Mengganti LIB dengan baterai berair yang lebih murah dan aman bahkan dapat memicu pertumbuhan pesat pasar ESS global.

“Teknologi ini berkaitan dengan strategi keamanan yang disesuaikan untuk baterai isi ulang berair, berdasarkan mekanisme keamanan aktif bawaan, yang melaluinya faktor risiko dikontrol secara otomatis,” kata Dr. Oh, Si Hyoung dari DADA. “Selain itu, hal ini dapat diterapkan pada berbagai fasilitas industri di mana kebocoran gas hidrogen merupakan salah satu masalah keselamatan utama (misalnya pompa bensin hidrogen, pembangkit listrik tenaga nuklir, dll.) untuk melindungi keselamatan publik.”

Referensi: “Baterai isi ulang berair yang sangat aman melalui regenerasi elektrolit menggunakan siklus katalitik Pd–MnO2” oleh Hyun-gi Jo, Eoyoon Lee, Seulki Han, Jaehong Lim, Minji Jeong, Jinyeon Hwang, Hee-Dae Lim, Hyung-Seok Kim, Hyung Chul Ham dan Si Hyoung Oh, 14 Juli 2023, Bahan Penyimpanan Energi.
DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102881

Penelitian ini didanai oleh Kementerian Sains dan TIK.