Baterai air sering dipilih karena aman dan tidak mudah terbakar, tetapi teknologi ini lama dianggap kalah dalam hal umur pakai dan kapasitas energi. Kini, peneliti di China melaporkan pendekatan baru yang membuat jenis baterai ini jauh lebih tahan lama, sekaligus tetap aman untuk lingkungan saat masa pakainya berakhir.
Dalam studi yang terbit pada 18 Februari di jurnal Nature Communications, mereka menyebut baterai aqueous nontoksik itu mampu bertahan hingga 120.000 siklus pengisian. Dengan ritme penggunaan baterai grid rata-rata 1,1 siklus per hari pada 2024, daya tahannya disebut bisa mencapai sekitar 300 tahun sebelum perlu diganti.
Mengatasi kelemahan utama baterai air
Baterai air banyak dilirik untuk penyimpanan energi skala besar karena biaya awalnya relatif rendah dan sifatnya tidak mudah terbakar. Namun, selama ini teknologi tersebut kerap terhambat oleh batas tegangan dan masalah stabilitas material di dalamnya.
Masalah besarnya muncul dari elektrolit berbasis air yang bisa sangat asam atau sangat basa. Kondisi ekstrem seperti itu memicu korosi dan mempercepat kerusakan komponen baterai, sehingga umur pakainya sering kalah dibanding baterai lithium-ion atau sodium-ion.
Material baru yang dipilih peneliti
Untuk mengatasi hambatan itu, tim peneliti menggunakan covalent organic polymers atau COP sebagai anoda untuk ion magnesium dan kalsium. Material organik ini memiliki struktur rapat dengan bukaan yang jelas, tetapi selama ini jarang dipakai luas karena cepat rusak dalam elektrolit berbasis air.
Para peneliti lalu menemukan senyawa khusus bernama hexaketone-tetraaminodibenzo-p-dioxin. Senyawa ini menggabungkan karbonil berdensitas tinggi untuk menarik ion positif dan molekul tetraaminodibenzo-p-dioxin yang kaku agar struktur hexaketone tetap datar seperti sarang lebah.
Stabil dalam elektrolit netral
Kinerja material tersebut didukung oleh elektrolit netral dengan pH 7,0. Larutan ini mampu menghantarkan ion dengan efisiensi tinggi, sekaligus membantu COP tetap stabil tanpa mengalami korosi.
Kombinasi antara elektrolit netral dan struktur material yang telah dioptimalkan membuat baterai bekerja lebih lama. Hasilnya, polimer itu disebut mampu mempertahankan performa hingga 120.000 siklus pengisian, jauh di atas umur baterai lithium-ion tipikal untuk penyimpanan jaringan listrik menurut data Energy Sustainability Directory.
Akhir masa pakai yang lebih aman
Selain tahan lama, aspek yang paling menonjol dari baterai ini adalah soal pembuangan. Para peneliti menyebut elektrolit yang digunakan begitu aman hingga bisa disamakan dengan air garam tahu atau tofu brine, sehingga tergolong tidak beracun dan dapat dibuang langsung ke lingkungan.
Hal ini menjadi pembeda penting dibanding banyak baterai air lain yang masih memakai larutan berisiko dan harus ditangani dengan sangat hati-hati. Dalam banyak kasus, limbah dari sistem semacam itu masih menyimpan ancaman lingkungan.
Kenapa teknologi ini dianggap penting
Selama ini baterai air dipandang sebagai kandidat penting untuk penyimpanan energi skala jaringan, terutama karena faktor keamanan dan biaya. Meski begitu, teknologi ini sering terjebak dalam trade-off antara keamanan dan kapasitas energi.
Tegangan maksimum baterai air dibatasi oleh elektroda berbasis air, sementara penguraian elektrolit dapat menghasilkan gas hidrogen dan oksigen. Jika proses itu terjadi, elemen logam di dalam baterai bisa terkikis, dan dalam kondisi ekstrem, electrolyte decomposition bahkan dapat memicu ledakan.
Pada 2023, studi lain di jurnal Nature juga menyoroti biaya tinggi, penurunan kapasitas, dan toksisitas lingkungan sebagai kelemahan utama baterai air. Terobosan terbaru ini mencoba menekan kelemahan tersebut lewat komposisi kimia yang lebih efisien, lebih stabil, dan lebih mudah ditangani saat akhir masa pakai.
