Baterai Berbasis Fluoride Dapat Bertahan 8 Kali Lebih Lama Dari Yang Digunakan Saat Ini

• Bayangkan mengisi daya laptop dan ponsel Anda hanya dua kali sebulan.
• Baterai yang didasarkan pada ion fluor yang bermuatan negatif dapat memungkinkan hal ini.
• Untuk pertama kalinya, para peneliti membuat baterai berbasis fluoride yang dapat diisi ulang yang berfungsi dengan baik pada suhu kamar.

Pencarian baterai yang menawarkan kepadatan energi tinggi yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan perangkat modern terus meningkat. Kerapatan energi bergantung pada jumlah elektron yang ditransmisikan dalam suatu reaksi, perbedaan potensial antara anoda dan katoda, volume sel, dan konstanta Faraday.

Dengan mempertimbangkan semua faktor ini, para peneliti di California Institute of Technology telah mengembangkan metode baru untuk membuat baterai isi ulang berdasarkan fluorida – ion fluor yang bermuatan negatif.

Teknologi ini berpotensi menghilangkan kebutuhan pengisian daya laptop atau ponsel Anda setiap hari. Bahkan, bisa memangkas kebutuhan ini menjadi hanya dua kali sebulan. Karena kepadatan energi dalam baterai Fluoride relatif lebih tinggi daripada baterai lithium-ion, baterai ini dapat berfungsi hingga 8 kali lebih lama. Namun, mereka sangat reaktif, korosif, dan menantang untuk digunakan.

Baterai Fluorida yang Dapat Ditelusuri

Ini bukan pertama kalinya seseorang bereksperimen dengan baterai fluoride. Pada 1970-an, para ilmuwan berusaha mengembangkan baterai berbasis fluorida yang dapat diisi ulang menggunakan modul padat. Namun karena baterai solid-state memerlukan suhu tinggi untuk beroperasi dengan benar, baterai tersebut tidak dapat digunakan untuk keperluan sehari-hari.

Sekarang, para peneliti telah menemukan cara untuk membuat baterai ini bekerja pada suhu kamar, menggunakan modul cair. Mereka mampu membuat baterai berbasis fluorida yang dapat diisi ulang pertama yang berfungsi dengan baik pada suhu kamar.

Baterai menyediakan arus listrik dengan mengalirkan ion antara elektroda katoda (positif) dan anoda (negatif). Dalam larutan cair (digunakan dalam baterai lithium), ion lebih mudah hanyut pada suhu kamar.

Referensi:ScienceMag | doi:10.1126/science.aat7070 | Caltech

Sementara baterai lithium menggunakan ion positif (kation), baterai fluoride yang dikembangkan dalam penelitian ini bermuatan negatif (anion). Ada beberapa keuntungan menggunakan anion dalam baterai, tetapi memiliki tantangannya sendiri.

Muatan atom yang berjalan antara anoda dan katoda dengan bantuan larutan elektrolit cair | Kredit: Brett Savoie/Universitas Purdue

Untuk membuat baterai bertahan lebih lama, seseorang perlu memindahkan sejumlah besar ion. Memindahkan ion bermuatan positif (kation) cukup sulit, tetapi hasil serupa dapat diperoleh dengan memindahkan ion negatif (anion), yang bergerak dengan relatif mudah. Tantangan utama dengan mekanisme ini adalah membuat sistem bekerja pada tegangan yang memadai.

Hasil

Dalam studi ini, peneliti menunjukkan bahwa reaksi konversi fluorida multivalen memiliki potensi reaksi termodinamika yang tinggi (lebih besar dari 3 volt) dan kapasitas volumetrik (lebih besar dari 1000 Ah/liter). Oleh karena itu, baterai fluoride memberikan kepadatan energi teoretis hingga 5000 Wh/liter, setidaknya 8 kali nilai teoretis untuk teknologi ion litium yang ada.

Komponen utama yang membuat baterai fluoride beroperasi dengan baik dalam cairan (bukan padat) adalah cairan elektrolit bernama bis(2,2,2-trifluoroethyl)eter, (BTFE untuk jangka pendek). Itu membuat ion fluoride stabil sehingga dapat dengan mudah memindahkan elektron bolak-balik dalam baterai.

Ion fluorida (merah muda) dikelilingi oleh molekul BTFE | Kredit:  Universitas Brett Savoie / Purdue

Tetapi mengapa solusi ini berhasil; karakteristik BTFE apa yang menstabilkan fluorida? Untuk menemukan jawabannya, peneliti mengambil bantuan simulasi komputer. Mereka mengubah solusi BTFE dan menemukan bahwa seseorang dapat meningkatkan stabilitas dan kinerjanya dengan memodifikasinya dengan aditif.

Baca:Baterai Magnesium-Ion Lebih Hemat dan Lebih Aman Dibanding Lithium

Hasilnya menunjukkan bahwa para peneliti telah membuka teknik menarik untuk mengembangkan baterai yang tahan lama. Tidaklah salah untuk mengatakan bahwa baterai fluoride sedang bangkit kembali.