Baterai lithium-air dapat menyimpan energi untuk mobil, rumah, dan industri

April 12, 2019

Teknologi baterai lithium ion saat ini mungkin tidak akan mampu menangani permintaan energi yang besar dalam beberapa dekade mendatang. Diperkirakan pada tahun 2050, listrik akan membentuk 50% dari bauran energi dunia. Hari ini angka itu adalah 18%. Tetapi kapasitas terpasang untuk produksi energi terbarukan diperkirakan akan meningkat empat kali lipat. Ini akan membutuhkan baterai yang lebih efisien, lebih murah dan ramah lingkungan.

Salah satu alternatif yang sedang dipelajari saat ini di banyak bagian dunia adalah baterai lithium-air. Beberapa upaya Brasil dalam mencari perangkat tersebut dipresentasikan pada Hari Kedua Pekan FAPESP London, yang diadakan 11-12 Februari 2019.

"Ada banyak pembicaraan hari ini tentang mobil listrik. Beberapa negara Eropa juga berpikir tentang pelarangan mesin pembakaran. Selain itu, sumber terbarukan seperti energi matahari membutuhkan baterai untuk menyimpan apa yang dihasilkan pada siang hari melalui radiasi matahari," kata Rubens Maciel Filho , seorang profesor di Sekolah Teknik Kimia Universitas Campinas (UNICAMP).

Baterai lithium-air, saat ini hanya berfungsi pada skala laboratorium, menggunakan oksigen ambien sebagai reagen. Baterai menyimpan energi tambahan melalui reaksi elektrokimia yang menghasilkan pembentukan lithium oksida.

"Ini adalah cara yang berkelanjutan untuk menyimpan energi listrik. Dengan kemajuan, ini dapat mendukung berbagai siklus pengeluaran / pengisian daya. Ini memiliki potensi besar untuk digunakan dalam transportasi, baik kendaraan ringan maupun berat. Ini juga dapat bekerja di jaringan distribusi tenaga listrik," kata si peneliti.

Tetapi mengubah eksperimen menjadi produk yang layak secara komersial melibatkan pemahaman dasar-dasar reaksi elektrokimia yang terjadi dalam proses.

"Itu juga membutuhkan pengembangan bahan baru yang memungkinkan kita untuk meningkatkan reaksi yang diinginkan dan meminimalkan atau menghindari yang tidak diinginkan," kata Maciel, direktur Pusat Inovasi Energi Baru (CINE). Dengan unit-unit di UNICAMP, Institut Penelitian Energi Nuklir (IPEN) dan Institut Kimia São Carlos di Universitas São Paulo (USP), pusat ini didukung oleh FAPESP dan Shell di bawah lingkup Program Pusat Penelitian Teknik (ERC).

Dia kemudian menjelaskan bahwa beberapa fenomena perlu diamati dalam operando, atau dengan kata lain, secara real time. "Idenya adalah untuk melacak reaksi yang terjadi dalam eksperimen dinamis dan spesies kimia berbeda yang terbentuk, bahkan jika sementara.

Jika tidak, beberapa tahapan dalam proses akan hilang dan baterai menjadi tidak efisien dalam hal waktu pengisian dan durasi pengisian. "

Untuk melakukan pengukuran ini, para peneliti menggunakan National Synchrotron Light Laboratory (LNLS) di Pusat Penelitian Cahaya Brasil dalam Energi dan Bahan (CNPEM), yang berlokasi di Campinas.

Proyek lain yang disajikan selama sesi tersebut melibatkan baterai sulfur-air. Meskipun tidak seefisien itu, mereka murah dan menyimpan energi selama berjam-jam. "Mereka dapat menyimpan energi hingga 24 jam dengan biaya yang sangat rendah. Bahan utamanya adalah belerang dan soda kaustik dan harganya sangat murah. Itulah sebabnya kami berinvestasi di dalamnya," kata Nigel Brandon, seorang profesor di Imperial College.

Karena karakteristik ini, baterai sulfur-air dapat digunakan di rumah atau bisnis. Brandon percaya, bagaimanapun, bahwa potensi terbesar mereka adalah stasiun pengisian untuk mobil listrik, yang akan menjadi jauh lebih umum karena tujuan Eropa untuk mengurangi emisi karbon 80% pada tahun 2050.

"Penting untuk menggarisbawahi fakta bahwa berbagai proyek baterai tidak saling bersaing, tetapi saling melengkapi," kata Geoff Rodgers dari Brunel University London, fasilitator sesi.

Matahari, hidrogen, dan biofuel

Baterai yang lebih efisien sangat penting dalam skenario di mana penggunaan energi matahari diperkirakan akan meningkat. Puncak radiasi matahari pada siang hari akan membutuhkan kebutuhan akan penyimpanan energi yang efisien sehingga dapat dimanfaatkan pada malam hari.

Maciel juga berbicara tentang sebuah proyek di CINE untuk mengembangkan sel fotovoltaik yang lebih efisien yang dapat digunakan di masa depan untuk mengubah energi matahari menjadi listrik juga untuk mendapatkan produk kimia, atau bahkan hidrogen dari hidrolisis air.

Hidrogen cair adalah bahan bakar yang sangat efisien, tetapi produksinya memerlukan biaya energi tinggi. Ini adalah salah satu opsi yang dipertimbangkan di Inggris karena biofuel tidak dapat bertahan seperti di Brasil.

"Kami mencari enzim bakteri baru untuk oksidasi lignin, polimer aromatik yang membentuk lebih dari 25% dinding sel tanaman dan merupakan bagian dari residu produksi biofuel. Tujuannya adalah untuk mengembangkan produk baru seperti biofuel, plastik baru dan produk kimia untuk industri, "kata Timothy Bugg dari University of Warwick.