Kemajuan teknologi pengisian daya gawai terus berkembang. Kini, peneliti selangkah lebih maju untuk mewujudkan cas kilat dalam hitungan detik.
Jika dulu ponsel harus dicas berjam-jam lamanya, kini sudah ada teknologi fast chargingyang memangkas waktu pengisian hingga kurang dari satu jam. Ada cara pengisian daya nirkabel. Namun dapatkah Anda membayangkan pengisian daya ponsel hanya dalam beberapa detik?
Para peneliti College of Engineering di Drexel University, Philadelphia, Amerika Serikat, telah mengambil langkah besar untuk mewujudkannya dengan karya tentang desain elektroda baterai baru yang dipublikasikan di jurnal Nature Energy.
Menyempatkan waktu untuk mengecas, dan menunggu cukup lama hingga baterai ponsel terisi penuh kini bisa jadi tinggal sejarah. Semua berkat tim yang dipimpin oleh YuryGogotsi, Ph.D., menciptakan desain elektroda baru dari bahan dua dimensi sangat konduktif yang disebut MXene.
Penelitian sebelumnya telah melihat penggunaan superkapasitor sebagai perangkat penyimpan energi portabel. Superkapasitor melepaskan energi dalam letupan besar dan memiliki potensi luar biasa bagi teknologi yang digunakan manusia secara instan.
Masalahnya adalah temuan tersebut hanya dapat digunakan untuk siklus pengisian atau pengeluaran jangka pendek ketimbang penyimpanan energi jangka panjang.
“Laporan kami menolak dogma yang diterima secara luas bahwa penyimpanan muatan kimiawi, yang digunakan pada baterai dan kapasitor semu, selalu jauh lebih lambat daripada penyimpanan fisik yang digunakan pada kapasitor lapis ganda elektrik, yang juga dikenal sebagai superkapasitor,” kata Gogotsi dalam unggahan di situs resmi Drexel.
Gogotsi melanjutkan, “Kami menunjukkan pengisian elektroda tipis MXene dalam puluhan milidetik. Hal ini dimungkinkan karena konduktivitas elektronik MXene yang sangat tinggi. Ini membuka jalan untuk pengembangan perangkat penyimpanan energi ultra cepat daripada yang bisa diisi dan dihabiskan dalam hitungan detik, namun menyimpan lebih banyak energi daripada superkapasitor konvensional.”
Kunci untuk mengisi perangkat penyimpanan energi lebih cepat ada pada desain elektroda. Elektroda adalah komponen penting dari baterai.
Di sini energi disimpan saat pengisian dan dari akan didistribusikan untuk menyalakan gawai elektronik. Jadi desain ideal untuk komponen ini akan menjadi salah satu yang memungkinkan mereka untuk cepat terisi dan menyimpan lebih banyak energi.
MXene adalah nanomaterial datar yang terlihat seperti sandwich. Ia terdiri dari ‘roti’ oksida dengan isi karbon dan logam. Material ini sangat konduktif, seperti tembaga dan aluminium yang digunakan pada kabel listrik. Sifat konduktif ini sangat penting, karena memungkinkan untuk ion melewatinya dengan sangat cepat.
Baterai konvensional yang biasa kita pakai memiliki proses yang jauh lebih lambat daripada MXene. Hal ini dikarenakan ada jalur terbatas untuk ion menuju ke port untuk mengecas. MXene membuat jalur ini lebih banyak memuat ion untuk lewat. Hal ini memungkinkan ion sampai ke port pengisian dengan jauh lebih cepat.
“Dalam baterai tradisional dan superkapasitor, ion memiliki jalur berliku-liku menuju pelabuhan penyimpanan muatan, yang tidak hanya memperlambat segalanya, tapi juga menciptakan situasi di mana sangat sedikit ion yang benar-benar mencapai tujuan mereka dengan tingkat pengisian yang cepat,” kata Maria Lukatskaya, salah satu penulis studi, sebagai bagian dari AJ Drexel Nanomaterials Institute.
Selain itu, dalam hal port, terdapat lebih banyak superkapasitor ketimbang baterai tradisional. Hal ini membuat ada banyak tempat bagi ion untuk masuk dan meninggalkan baterai, sehingga tingkat efisiensinya makin baik.
Mikhael Levi, PhD, dan Netanel Shpigel, kolaborator penelitian dari Universitas Bar-Ilan di Israel, membantu kelompok Drexel memaksimalkan jumlah port yang dapat diakses ion di elektroda MXene.
“Arsitektur elektroda yang ideal akan menjadi sesuatu seperti ion yang bergerak ke pelabuhan melalui jalan raya multi jalur dan ‘kecepatan tinggi’, alih-alih menggunakan jalan jalur tunggal. Desain elektroda macropore kami mencapai tujuan ini, yang memungkinkan pengisian cepat – beberapa detik atau kurang. ”
Dalam uji coba MXene, baterai iPhone dalam keadaan kosong bisa terisi penuh hanya dalam waktu 59 detik.
Penggunaan terbaru ini merupakan penemuan tambahan dari serangkaian perkembangan dengan bahan MXene yang ditemukan oleh para periset di Department of Materials Science and Engineering Drexel pada 2011. Sejak saat itu, para periset telah mengujinya dalam berbagai aplikasi dari penyimpanan energi hingga perisai radiasi elektromagnetik, dan penyaringan air.
Perkembangan terakhir MXene penting terutama karena ini bisa jadi solusi masalah utama yang selama ini menghambat perluasan pasar kendaraan listrik dan tentunya, industri ponsel.
“Jika kita mulai menggunakan bahan yang berdimensi rendah dan konduktif sebagai elektroda baterai, kita dapat membuat baterai bekerja jauh lebih baik dan lebih cepat dari yang sudah ada saat ini,” kata Gogotsi.
Meski demikian, pengaplikasiannya masih sulit. Mungkin masih butuh beberapa tahun lagi untuk penelitian dan kesiapan industri untuk produksi secara masal. (IFR/Beritatagar.id)
