Tulang Belakang Manusia Menginspirasi Lahirnya Baterai Litium-Ion Fleksibel

Perangkat elektronik yang dapat digunakan di tubuh (wearable device) mengalami perkembangan yang sangat pesat. Wearable device membutuhkan fleksibilitas untuk kenyamanan saat digunakan. Hal ini dibuktikan dengan tingginya permintaan wearable device seperti smart watches, smart phones, dan sensor[1]. Namun, permasalahan utama wearable device adalah baterai yang harus memiliki fleksibilitas yang baik tanpa menurunkan kinerjanya.

Baterai yang sampai saat ini memiliki kinerja yang paling baik adalah baterai litium-ion. Dalam baterai, hal yang patut diperhatikan adalah rapat energi (energy density). Rapat energi menunjukkan kemampuan penyimpanan sebuah baterai yang dinyatakan dalam Watt-hour/kilogram (Wh/kg). Tantangan yang harus dihadapi ketika membuat baterai fleksibel adalah bagaimana membuat rapat energi dari sebuah baterai tidak menurun.

Tim peneliti dari Columbia Univesity telah menjawab tantangan tersebut dengan membuat sebuah prototipe baterai litium-ion fleksibel. Tim tersebut dipimpin oleh Yuang Yang, Asisten Professor di Departemen Matematika dan Fisika Terapan. Baterai litium-ion fleksibel terisnpsirasi dari tulang belakang manusia yang memang berfungsi membuat tubuh lentur dan fleksibel dalam bergerak. Bahkan para peneliti mendapatkan inspirasi tentang pergerakan tulang belakang manusia ketika orang-orang sedang berolahraga[2].

Tulang belakang manusia sangat fleksibel dan kuat yang membuat kita dapat membungkuk, berputar, meregang dan bersandar. Sehingga, para peneliti membuat desain baterai litium-ion sama dengan model tulang belakang. Elektroda pada baterai merepresentasikan tulang belakang dan bagian fleksibelnya (interconnect) merepresentasikan sumsum tulang belakang[2].

Gambar 1. (a) Struktur tulang belakang manusia (b) Skema pembuatan baterai litium-ion fleksibel yang desainnya seperti tulang belakang manusia[3]

Baterai litium-ion fleksibel menggunakan LiCoO2 (LCO) sebagai katoda dan grafit sebagai anoda (baca juga : jenis-jenis baterai litium-ion). Anoda dan katoda dilapisi oleh karbon dan polyvinylidene Fluoride (PVDF). Current collector yang digunakan pada katoda adalah tembaga foil dan pada anoda adalah aluminium foil.


Rapat energi yang dihasilkan adalah 242 Wh/L[3]. Nilai tersebut merupakan nilai paling tinggi dibandingkan dengan penelitian sebelumnya yang menggunakan Ag/Zn sebesar 78,4 Wh/L. Selain itu, nilai coulombic efficiency dari baterai litium-ion fleksibel ini adalah 99,9%[3]. Baterai litium-ion fleksibel diuji coba untuk menyalakan lampu LED dan smart watch. Baik LED maupun smart watch dapat tetap menyala meskipun baterai ditekuk atau dipelintir.

Gambar 2. Pengujian baterai litium-ion untuk menyalakan (a) LED (b) smart watch[3]

Keunggulan lainnya adalah tegangan yang dihasilkan tidak berubah ketika baterai ditekuk atau dipelintir. Untuk memvalidasi hal tersebut, para peneliti melakukan pengujian pengaruh tegangan terhadapa waktu ketika baterai ditekuk dan dipelintir selama proses discharge. Hasil yang didapat adalah tidak ada penurunan tegangan yang drastis sehingga kondisi ini sama halnya seperti yang dialami oleh baterai non-fleksibel.

Selain itu, baterai litium-ion fleksibel dilakukan karakterisasi morfologi menggunakan SEM untuk melihat apakah terjadi perubahan struktur pada elektrodanya atau tidak. Para peneliti menemukan bahwa elektroda tidak mengalami keretakan atau pengelupasan saat ditekuk atau dipelintir[1]. Hasil ini menunjukkan bahwa desain baterai litium-ion fleksibel yang menggunakan model tulang belakang manusia memiliki stabilitas mekanik yang baik.

Karakteristik mekanis dan elektrokimia dari baterai litium-ion fleksibel memberikan harapan baru untuk aplikasi wearable device yang lebih luas. Yuang menambahkan bahwa desain baterai timnya jauh lebih kuat secara mekanis daripada desain konvensional. Yuan pun mengharapkan bahwa metode pembuatan baterai litium-ion fleksibel ini dapat diproduksi secara massal untuk kebutuhan perangkat elektronik fleksibel.

Uji Coba Menyalakan Smart Watch[4]

Tombol ajaib ini akan mengirimkan artikel Warung Sains Teknologi ke beranda Facebook Anda:


(klik tombol diatas)

Artikel yang berhubungan:

Warstek.com disponsori oleh:

     
Fauzi Yusupandi

Fauzi Yusupandi

Mahasiswa S2 Teknik Kimia ITB

Ajukan Pertanyaaan atau Komentar