Siringmakar 10: “Nanomaterials for Energy Storage”

Bagikan Artikel ini di:

Pemateri: Muhammad Hilmy Alfaruqi (Material Science and Engineering, Chonnam National University)

Moderator : Nailul Izzah 

Pengantar

Salah satu pendekatan yang sedang dikembangkan ilmuwan terkait dengan pengembangan energi adalah nanoteknologi. Nanoteknologi  merupakan ilmu dan rekayasa dalam penciptaan material, struktur fungsional, maupun piranti dalam skala nanometer.

Definisi lain mengatakan bahwa nanoteknologi adalah pemahaman dan kontrol materi pada dimensi 1 s/d 100 nm, dimana fenomena-fenomena unik yang timbul dapat digunakan untuk aplikasi-aplikasi baru. Nanoteknologi memiliki wilayah dan dampak aplikasi yang luas mulai dari bidang material maju, transportasi, ruang angkasa,  kedokteran, lingkungan, IT sampai energi.

Seperti apa nanomaterial dan bagaimana mekanisme dalam pengaplikasiannya di bidang energi, terutama dalam hal penyimpanannya (energy storage)?.

Diskusi

Sebagaimana yang diketahui, judul sharing kali ini adalah Nanomaterials for Energy Storage, karena begitu broad peserta acara kali ini, saya coba menjabarkan sesederhana mungkin, mulai dari awal, sampai yang agak spesifik, yaitu nanomaterial untuk energy storage.

Agar memudahkan, keyword yang perlu dipahami adalah nanomaterial: nano dan material

Keyword selanjutnya adalah energy storage: penyimpan energi, banyak sekali material penyimpan energi, pada sharing kali ini, aplikasi penyimpan energi yang dimaksud adalah battery (agar simple, saya sebut dengan ‘batere’ saja, ya)

Kalau sharing kayak gini, saya paling suka mengawali dengan sebuah cerita atau kisah. Metode sharing dengan kisah ini, menurut saya menarik, dan so far, dengan metode ini bisa diterima oleh banyak orang dengan pemahaman atau background yang berbeda-beda. Metode ini saya meng-extract dari Prof. Sadoway, guru besar MIT.

Jadi, saya akan mulai dari kisah ‘batere’… – dalam notulensi ini akan digunakan kata “baterai”.

Suatu hari di negeri antah berantah …

“Colokan listrik dimana, Bro? Boleh numpang nge-charge? Udah abis nih batere HP ane, Gan.”

“Gan, jual batere laptop? Batere laptop ane udah drop nih, Gan.

Jadi kalo mau pake laptop, charger-nya dicolokin terus.”

Percakapan di atas tentu sudah familiar di telinga kita. Ya, penggunaan baterai memang sudah tidak asing lagi dalam kehidupan kita sehari-hari.

Perkembangan teknologi yang menghasilkan berbagai macam peralatan elektronik seperti laptop, kamera, telepon selular, sampai kendaraan berbahan bakar listrik seperti mobil dan motor listrik memerlukan baterai yang berfungsi sebagai media penyimpan energi listrik.

Tanpa adanya listrik, maka peralatan elektronik tersebut tidak dapat kita gunakan. Bahkan sumber energi alternatif atau energi terbarukan seperti pembangkit listrik yang memanfaatkan energi matahari (solar cell/ sel surya) juga membutuhkan baterai untuk menyimpan energi listrik yang telah dihasilkan.

Proses ditemukannya baterai cukup unik. Diawali oleh Luigi Galvani (1737-1798), ahli anatomi dari Italia, ketika bereksperimen dengan bagian tubuh katak pada tahun 1780. Ia menemukan bahwa setiap kali saraf kaki katak tersentuh oleh suatu logam dan otot-otot tersentuh oleh yang logam lain, maka akan terjadi kejang atau kontraksi akibat adanya kontak antara dua logam berbeda tersebut. Mulanya Galvani menganggap bahwa kejang atau kontraksi yang terjadi dihasilkan oleh katak sehingga disebutlah “listrik hewan”.

Eh tapi, kan Galvani punya teman tuh, ilmuwan juga, namanya Alessandro Volta (1745-1827). Nah, Volta tidak setuju dengan pendapat Galvani. Menurut Volta, “Kejang atau kontraksi tersebut terjadi karena adanya kontak antara dua logam berbeda dengan perantaraan medium lembab, yaitu tubuh katak.”

Nah, itulah yang mendasari eksperimen Volta untuk membuat sebuah prototype baterai dengan menumpukkan dua logam berbeda, yaitu tembaga (Cu) dan seng (Zn) pada tahun 1800. Di antara Cu dan Zn, Volta meletakkan larutan garam yang berfungsi sebagai medium. Volta menyebutnya dengan nama ‘voltaic pile’.


Dan juga, di zaman dulu pun, peneliti  juga mempublikasikan hasil penelitiannya, walau arus informasinya tidak secepat era internet seperti sekarang ini. Hasil penelitian Volta ini pun akhirnya sampailah kepada Humphry Davy (1778-1829), yang mana merupakan mentor dari Michael Faraday (1791-1867). Mungkin teman-teman ingat tentang “Faraday Constant”. Nah, Faraday ini kemudian meneruskan riset voltaic pile lebih mendalam. Dari sinilah berasal cabang elektrokimia (electrochemistry). Karena Faraday juga lah ada istilah elektroda (electrode) dan electrolit (electrolyte).

Ngomong-ngomong, ‘Voltaic pile’ ini masih ada, lho, disimpan di Volta Temple, Kota Como, Italia.

Eh, tapi konon, jauh sebelum ‘voltaic pile’, ada Baterai Baghdad yang diperkirakan sekitar 250 tahun SM. Sisa-sisa peninggalan Baterai Baghdad ini di temukan pada tahun 1936.

Kemudian, penelitian terus berlanjut, dan akhirnya sampai juga pada baterai alkaline (Eveready Energizer) yang ditemukan oleh Lewis Urry (1927-2004). Prototype baterai alkaline juga masih ada, disimpan di Smithsonian Museum, DC, USA. Dan teruslah penelitian baterai berkembang, sampai pada penemuan Lithium-Ion Battery (LIB). LIB ini pertama kali di temukan oleh M. S. Whittingham (orang nya masih ada, professor di University of Binghamton, UK). Banyak orang yang terlibat dalam penelitian baterai ini, dan banyak yang masih hidup hingga sekarang. LIB komersial pertama dikeluarkan oleh SONY awal tahun 90-an.

Gambar 1. Brief History of Battery [M. Hilmy Alfaruqi, Siringmakar X, 2017]
Gambar 2. Hadir pada conference di Amerika dan bertemu dengan penemu Lithium-Ion Battery, Prof. Whittingham. [M. Hilmy Alfaruqi, Siringmakar X, 2017]
 

Sekarang mulai masuk ke mekanisme …

 


Mohon maaf Artikel ini terpotong. LOGIN atau DAFTAR untuk membaca lebih lanjut (GRATIS).

 

     
Nailul Izzah

Nailul Izzah

Pembelajar | Penikmat kopi | DIII Teknik Kimia Undip Alumni | Staf Admin POGI | Semarang | nailul.izzah91@gmail.com

Ayo Ajukan Pertanyaaan :)