Baterai Zinc Ion : Baterai Fleksibel yang Tersusun Oleh “Benang-benang” Karbon

Alat elektronik fleksibel menjadi perangkat yang semakin dibutuhkan saat ini. Terutama untuk menunjang agar produk-produk seperti peralatan olahraga, sensor tekanan, seragam militer dan perangkat medis yang dapat melekat pada tubuh. Tantangan yang harus dihadapi adalah bagaimana memfabrikasi perangkat elektronik yang sangat fleksibel, tahan lama, dan dapat menyimpan energi meskipun terjadi perubahan bentuk.

Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh tim dari Columbia University membuat prototipe baterai litium ion fleksibel yang menyerupai tulang belakang manusia. Prototipe ini berhasil menyalakan sebuah lampu LED dan smart watch. Ketika baterai tersebut ditekuk atau dipelintir, nilai tegangan yang dihasilkan tidak terpengaruh oleh perubahan bentuk. Baca juga : Tulang Belakang Manusia Menginspirasi Lahirnya Baterai Litium Ion Fleksibel

Pengembangan unit penyimpanan energi fleksibel terus dilakukan untuk mendapatkan rapat energi yang tinggi meskipun terjadi perubahan bentuk pada baterai. Pada bulan Maret 2018, para peneliti dari City University of Hongkong, Shenzhen University, Harbin Institute of Technology dan Tsinghua University telah membuat terobosan baru dalam membuat baterai fleksibel.

Tim peneliti tersebut menggunakan zinc dan MnO2 serta elektrolit Polyacrylamide (PAM). Material zinc (Zn) dan MnO2 merupakan material baterai primer paling banyak digunakan di dunia[1]. Baterai ABC/Alkaline atau biasa disebut baterai zinc karbon merupakan baterai primer (tidak dapat diisi ulang) yang menggunakan zinc sebagai anoda, karbon sebagai katoda dan MnO2 sebagai elektrolit. Baterai Zn-MnO2 dipilih karena harganya murah, ramah lingkungan, kapasitansi spesifik yang tinggi dan mudah difabrikasi. Para peneliti menggunakan Carbon Nanotube (CNT) atau bahasa sederhananya benang-benang karbon sebagai substrat untuk tempat menempelnya zinc (Zn) dan MnO2[2].

Gambar 1. (a) Skema fabrikasi baterai Zn-MnO2/Zinc Ion Battery (ZIB) (b) Proses pembuatan elektroda Zn/CNT (anoda) dan MnO2/CNT (katoda)[3]

Pembuatan Zinc Ion Battery (ZIB) diawali dengan melapiskan Zinc dan MnO2 ke CNT. Pelapisan Zinc ke CNT menggunakan metode electodeposition sedangkan pelapisan MnO2 ke CNT menggunakan metode Dip-Coating. Tujuan penggunaan CNT adalah untuk meningkatkan kekuatan dan kekokohan ketika terjadi perubahan bentuk. Elektrolit PAM dibuat dari monomer acrylamide dengan ikatan hidrogen[3]. Tahap terakhir pembuatan elektrolit PAM adalah dengan merendam PAM di dalam campuran larutan ZnSO4 dan MnSO4. Setelah itu, CNT yang sudah dilapisi Zinc dan MnO2 kemudian dililitkan bersama elektrolit PAM pada fiber elastis yang berfungsi sebagai current collector. Prinsip dari baterai zinc ion sama seperti baterai litium ion namun pada baterai zinc ion, ion zinc yang akan berpindah dari anoda ke katoda melalui elektrolit.

Gambar 2. (a) Peregangan baterai zinc ion hingga 3000% (b) baterai zinc ion pada kondisi ditekuk (c) baterai zinc ion dipotong menjadi 4 bagian[3]

Hasil pengujian baterai zinc ion menunjukkan hasil yang menakjubkan. Ketika diregangkan hingga 3000%, nilai konduktivitas ionik elektolit PAM mengalami sedikit penurunan dari 17,3 x 10-3 S/cm menjadi 16,5 x 10-3 S/cm[3]. Pada kondisi ditekuk, baterai zinc ion masih dapat menyalakan digital watch. Bahkan ketika dipotong menjadi 4 bagian pun, baterai zinc ion masih bisa menyalakan digital watch. Baterai zinc ion juga menghasilkan nila kapasitansi yang tinggi sebesar 302,1 mAh/gr dan rapat energi sebesar 53,8 Wh/L[3]. Baterai ini juga memiliki keunggulan lain selain masalah fleksibilitas yaitu tahan air (waterproof). Sebagai tambahan, baterai zinc ion diuji coba untuk menyalakan 100 cm2 electroluminescent panel bergambar panda. Baterai zinc ion dirangkai secara seri dan juga diuji pada kondisi panel tersebut ditekuk. Para peneliti berharap baterai zinc ion dapat diaplikasikan pada berbagai bidang terutama di bidang tekstil. Produk-produk tekstil dapat dilapisi dengan baterai zinc ion karena teknik pelapisannya dapat mengikuti pola tenunan atau anyaman. Hal yang paling penting lainnya adalah baterai zinc ion dapat diisi ulang.

Gambar 3. Uji coba baterai zinc ion pada 100 cm2 electroluminescent panel[3]

Referensi

[1] American Chemical Society. 2018. Knitting Electronics with Yarn Batteries. Diakses dari : https://techxplore.com/news/2018-03-electronics-yarn-batteries.html pada tanggal 1 April 2018

[2] Motivans, E. 2018. Yarn-Like Battery Can Be Knit Into Clothing. Diakses dari : https://www.zmescience.com/research/inventions/yarn-like-battery-can-knit-clothing/ pada tanggal 1 April 2018

[3] Li, H., Liu, Z., Liang, G., Huang, Y., Huang, Y., Zhu, M., Pei, Z., Xue Q., Tang, Z., Wang, Y., Li, B., dan Zhi, C. 2018. Waterproof and Tailorable Elastic Rechargeable Yarn Zinc Ion Batteries by Cross-Linked Polyacrylamide Electrolyte. ACS Nano, DOI : 10.1021/acsnano.7b09003

Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
Fauzi Yusupandi

Fauzi Yusupandi

Mahasiswa S2 Teknik Kimia ITB

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar