Baterai Berbasis Fluorida Menawarkan Umur hingga 8× Lebih Lama dari Standar Saat Ini

• Bayangkan mengisi daya laptop dan ponsel Anda hanya dua kali sebulan.
• Baterai yang berbasis ion fluorida yang bermuatan negatif dapat membuat ini mungkin.
• Pertama kalinya, peneliti telah membuat baterai berbasis fluorida yang dapat diisi ulang yang berfungsi dengan baik pada suhu ruangan.

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

Dengan mempertimbangkan semua faktor ini, peneliti di California Institute of Technology telah mengembangkan metode baru untuk pembuatan baterai yang dapat diisi ulang berbasis fluorida – ion fluor yang bermuatan negatif.

Teknologi ini memiliki potensi untuk menghilangkan kebutuhan untuk mengisi daya laptop atau ponsel Anda setiap hari. Bahkan, ini dapat mengurangi kebutuhan ini hingga hanya dua kali sebulan. Karena kepadatan energi pada baterai Fluorida relatif lebih tinggi dibandingkan baterai lithium-ion, ia dapat bertahan hingga 8 kali lebih lama. Namun, mereka sangat reaktif, korosif, dan sulit untuk dikerjakan.

Baterai Fluorida yang Dapat Dikelola

Ini bukan pertama kalinya seseorang bereksperimen dengan baterai fluorida. Pada tahun 1970, ilmuwan mencoba mengembangkan baterai berbasis fluorida yang dapat diisi ulang menggunakan modul padat. Namun, karena baterai solid-state memerlukan suhu tinggi untuk berfungsi dengan baik, mereka tidak dapat digunakan untuk keperluan sehari-hari.

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

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

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

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

Atom bermuatan berjalan antara anoda dan katoda dengan bantuan larutan elektrolit cair | Kredit: Brett Savoie/Purdue University

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

Hasil

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

Komponen kunci yang membuat baterai fluorida beroperasi dengan baik dalam cair (bukan padat) adalah cairan elektrolit bernama bis(2,2,2-trifluoroethyl)ether, (BTFE untuk singkat). Ia menjaga ion fluorida stabil sehingga dapat dengan mudah memindahkan elektron ke belakang dan ke depan dalam baterai.

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

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

Baca: Baterai Ion Magnesium Lebih Efisien dan Lebih Aman dari Litium

Hasilnya menunjukkan bahwa peneliti telah membuka teknik menarik untuk mengembangkan baterai yang bertahan lebih lama. Tidak akan salah untuk mengatakan bahwa baterai fluorida sedang melakukan comeback.