Para peneliti mengatakan mereka telah membangun dan menguji ‘baterai struktural’ yang mengisi perangkat atau rangka kendaraan listrik dengan energi, sehingga menghemat banyak berat. Baterai ini dapat membuka kunci ponsel pintar setipis kartu kredit, laptop dengan berat setengahnya, dan meningkatkan jangkauan kendaraan listrik hingga 70%.
Kendaraan listrik sangat bergantung pada baterai lithium-ion besar untuk menempuh jarak jauh. Para peneliti di Universitas Teknologi Chalmers bertanya-tanya apakah mereka dapat membuat baterai yang berfungsi ganda sebagai bahan penahan beban yang menyatukan mobil, dan mengurangi sebagian beratnya.
Sebagai bagian dari pekerjaan mereka mengenai apa yang mereka sebut ‘penyimpanan energi tanpa massa,’ tim peneliti di Swedia telah mengembangkan baterai yang terbuat dari komposit serat karbon. Baterai ini menjanjikan kekakuan yang mirip dengan aluminium, sekaligus mampu menyimpan cukup banyak energi – cukup untuk digunakan secara komersial.
Serat karbon, tentu saja, sangat ringan, kuat, dan kaku – dan karenanya merupakan bahan struktural dan eksterior yang populer, meskipun mahal, mobil performa – dan juga merupakan material penting dalam aplikasi kedirgantaraan, di mana setiap gramnya sangat berarti.
Namun, serat karbon juga dapat berfungsi sebagai bahan elektroda yang efektif jika direkayasa secara elektrokimia untuk tujuan tersebut. Tim Chalmers, yang dipimpin oleh Profesor Leif Asp, telah mengerjakan hal ini selama bertahun-tahun, setelah sebelumnya menerbitkan sebuah studi yang menunjukkan sifat serat karbon ini dengan susunan kristal tertentu pada tahun 2018.
Desain baterai baru memiliki kepadatan energi 30 Wh/kg, yang… tidak bagus menurut standar otomotif. Sebagai referensi, paket baterai 53 kWh di Hyundai Ioniq 6 adalah dinilai pada 153 Wh/kg (tautan ke PDF).
Namun, itulah kepadatan energi dari satu paket baterai yang terdapat dalam sebuah kotak; Anda harus menambahkan berat seluruh rangka struktural mobil agar perbandingannya adil, karena baterai struktural serat karbon ini dirancang untuk menggantikan seluruh rangka, mengurangi bobot keseluruhan kendaraan secara signifikan, sekaligus membebaskan ruang.
Produsen kendaraan listrik dan perangkatnya dapat melakukan apa pun yang mereka suka dengan persamaan baru ini, baik dengan menciptakan produk yang jauh lebih ringan, atau mengisi kembali ruang kosong dengan lebih banyak sel untuk meningkatkan penyimpanan energi secara keseluruhan.
Hasilnya bisa jadi revolusioner dalam praktiknya. “Kami telah membuat perhitungan pada mobil listrik yang menunjukkan bahwa mobil tersebut dapat melaju hingga 70 persen lebih lama dari sekarang jika mobil tersebut memiliki baterai struktural yang kompetitif,” kata Asp.
Prototipe terbaru tim ini hampir tiga kali lebih kaku dari iterasi sebelumnya, dengan modulus elastisitas 70 gigapascal, naik dari 25. Tim tersebut mengatakan sekarang prototipe ini sama kakunya dan mampu menahan beban seperti aluminium, meski beratnya jauh lebih ringan.
Apa isi di dalamnya?
Desain baterai menggunakan serat karbon baik di anoda maupun katoda, yang juga berfungsi sebagai penguat dan pengumpul arus. Hal ini meniadakan kebutuhan akan pengumpul arus yang terbuat dari bahan berat seperti tembaga, serta logam yang bertentangan seperti kobalt dalam desain elektroda.
Selain itu, baterai ini menggunakan elektrolit semipadat, bukan elektrolit cair, untuk memindahkan ion litium di antara terminalnya. Dengan demikian, baterai ini tidak mudah terbakar dan lebih aman digunakan – meskipun tim tersebut mengakui masih ada beberapa masalah dalam mengalirkan ion melalui elektrolit dengan cukup cepat untuk aplikasi berdaya tinggi. Diperlukan lebih banyak penelitian di sana.
Ya, ini adalah baterai laboratorium lain, dan dengan demikian, kendaraan listrik dan perangkat generasi berikutnya ini masih memerlukan waktu beberapa tahun lagi – tetapi produksi massal dan komersialisasi sedang dalam tahap pengerjaan.
Pada tahun 2022, universitas tersebut bekerja sama dengan perusahaan modal ventura Chalmers Ventures yang berkantor pusat di Gothenburg untuk meluncurkan perusahaan baru bernama Sinonus. Perusahaan tersebut menunjuk seorang CEO baru pada bulan Juni untuk mendorong misinya dalam mengomersialkan penyimpanan energi tanpa massa, dengan tujuan untuk mengubah cara kita membuat mobil, gawai, dan bahkan bilah turbin angin.
“Kita bisa bayangkan,” kata Asp, “ponsel atau laptop setipis kartu kredit yang beratnya setengah dari berat saat ini, adalah yang paling mendekati masa kini. Bisa jadi komponen seperti elektronik di mobil atau pesawat ditenagai oleh baterai struktural. Diperlukan investasi besar untuk memenuhi kebutuhan energi yang menantang di industri transportasi, tetapi di sinilah teknologi dapat membuat perbedaan paling besar.”
Sumber: Peringatan Eurek
