Baterai Lithium-ion (Li-ion) yang Dibuat Dengan Printer 3D

Bagikan Artikel ini di:

A once-shuttered warehouse is now a state-of-the art lab where new workers are mastering the 3-D printing that has the potential to revolutionize the way we make almost everything” Barack Obama, Presiden Amerika Serikat ke-44.

Di zaman teknologi yang semakin canggih ini, kemampuan printer 3D telah merambah ke berbagai aspek. Teknologi ini diakui sebagai terobosan revolusioner di abad 21 yang dapat digunakan baik oleh insinyur, desainer, dokter, ataupun masyarakat umum untuk mengekspresikan ide dan desain produk mereka. Beberapa inovasi produk printer 3D telah mampu diciptakan dalam bentuk komponen alat, fitur tambahan senapan, drone, koleksi mainan, cokelat, bagian tubuh prostetik (tiruan) hingga bioprinting (organ dalam manusia).

Gambar 1. Printer 3D. (https://www.learnbylayers.com/)

Seperti yang dikatakan Barack Obama pada kutipan kalimat pembuka artikel ini, bahwa kemampuan printer 3D telah merubah sebuah gudang tertutup menjadi laboratorium mutakhir yang mampu membuat hampir semua benda. Berdasarkan perkembangan terbaru, printer 3D kini mampu merancang baterai Lithium ion (Li-ion) yang dapat digunakan untuk teknologi sehari-hari, yaitu smartphone, laptop, tablet dan bahkan kendaraan listrik. Selama beberapa tahun, perkembangan desain dan ukuran tablet juga dipengaruhi oleh bentuk dari bateri Li-ion itu sendiri. Maka dari itu dibutuhkan presisi yang tepat ketika merancang model produk 3D dalam software CAD (Computer Aided Design) seperti Solidwork, Catia, Delcam dan lain-lain. Namun, terdapat hal yang menarik dalam salah satu scene film Holywood, Mission Impossible III, ketika wajah seorang aktor dibentuk tiruannya dengan sejenis mesin 3D printing.

a. Pandangan Umum Printer 3D
Pada dasarnya printer 3D adalah suatu proses yang menggunakan laser untuk melelehkan bubuk menjadi potongan yang padat. Berbeda dengan teknologi seperti pada mesin CNC (Computer Numerical Control) yaitu substractive manufacturing, 3D printing menganut teknologi additive manufacturing di mana objek terbangun dengan membentuk layer per layer material, bukan membuang material seperti pada laser cutting/ milling machine. [1] Tujuan utama dari 3D printing adalah untuk membuat prototype (tiruan) untuk teknisi. Hal ini mengijinkan mereka untuk menguji ide produknya sebelum bergerak menuju produksi dan manufaktur dalam skala besar. Tetapi printer 3D saat ini juga masih memiliki kekurangan jika dibandingkan dengan mesin injection molding dalam hal bahan baku dan waktu. Bahan baku untuk menginjeksi suatu komponen dalam skala besar akan lebih murah dan waktu yang diperlukan juga hanya dalam hitungan detik, dibandingkan dengan printer 3D yang masih membutuhkan beberapa jam.

Dari segi pemanfaatan material bahan baku, printer 3D untuk pelanggan biasanya menggunakan beberapa tipe plastik, dimana bahan-bahan lainnya seperti besi, keramik dan lainnya hanya dimungkinkan untuk pengguna printer 3D profesional. 3D printer untuk pelanggan menggunakan fused deposition modelling (FDM) atau fused filament fabrication (FFF) teknologi yang cenderung tidak mahal. Namun, untuk mencetak besi misalnya, diperlukan sebuah proses kompleks yang mahal seperti Selective Laser Sintering (SLS). SLS Printer 3D menggunakan laser bertenaga tinggi yang dapat melelehkan bubuk besi yang biayanya tidak murah. [2]

Secara sederhana, setelah sebuah komponen dirancang, kemudian dipilih tipe material, warna, memasukkan level orientasi, dan proses finishing dalam desain file 3D sehingga mesin printer mampu memprosesnya. Adopsi dan penggunaan tipe additive manufacturing terbaru seperti AMF (additive manufacturing format) mampu mengatasi semua hal tersebut, termasuk komponen dan material yang lebih dari satu jenis, warna komponen, dan tingkat kepadatan untuk didefinisikan. Material yang paling umum digunakan dalam proses 3D Printing adalah Nylon. Walaupun bahan ini harus dikeringkan sebelum dicetak (karena mengandung kadar air dari udara sekitar) dan menolak terhadap beberapa teknik finishing, zat kimia, tidak berpasir, terkikir ataupun terasah, nylon tetap memiliki kelebihan. Bahan ini memiliki kekuatan dan daya tahan sebagai material untuk digunakan. [3]

Video (i) Teknik FDM https://youtu.be/WHO6G67GJbM  (ii) Teknik SLS 3D Printing https://youtu.be/9E5MfBAV_tA

b. Batasan baterai Lithium ion (Li-ion)
Beberapa peneliti dari Departemen Kimia pada Duke University, the USA, seperti Christopher Reyes, Benjamin Wiley, dan koleganya memperhatikan bahwa kebanyakan batterai Li-ion di pasaran berbentuk silinder atau segi empat. Bentuk model lama ini mengindikasikan kepada beberapa pengembang teknologi seperti Apple, Toshiba, atau Samsung yang harus menjaga bentuk baterai tersebut pertama kali sebelum mengembangkan gadget berikutnya. Hal ini juga berarti tidak dapat dihindari bahwa terdapat sejumlah ruang terbuang di dalam alat elektronik tersebut yang disebabkan oleh baterai. Pastinya pembaca pun sudah dapat membayangkan seberapa besarnya baterai Li-ion yang terdapat pada perangkat elektroniknya masing-masing baik itu smartphone, laptop, dan juga tablet. Rata-rata kapasitas baterai Lithium smartphone dan tablet saat ini sudah di atas 4000 mAh (milliampereperhours), dimana baterai laptop juga berada pada kisaran 4400-10000 mAh.

Baca juga:

Selain itu juga terdapat batasan tentang seberapa efektifnya energi yang dapat dihasilkan oleh baterai Li-ion berukuran kecil. Ketika baterai berukuran kecil, maka juga harus terdapat ruang yang cukup didalamnya untuk elektrolit, anoda dan material katoda, serta karbon aditive. Dalam kasus ini, rekan-rekan pembaca juga dapat melihat beberapa ulasan menarik pada situs Warstek mengenai baterai Li-ion yang di masa depan bisa digantikan dengan energi alternatif Baterai Lithium Sulfur, Baterai Lithium Nitrogen yang dapat diisi ulang serta Baterai Alumunium Udara (Al-air) yang lebih unggul daripada Li-ion. Patut diakui bahwa material Kobalt dan Lithium sebagai pembentuk katoda Baterai Li-ion merupakan bahan yang mahal harganya hampir mencapai $50 per pound (Rp 746.250 per 450 g) di tahun 2018. [4]

c. Inovasi Printer 3D terhadap Baterai Li-ion
Walaupun terdapat beberapa kendala dalam penggunaan Baterai Li-ion, para inovator printer 3D masih mengembangkan teknik pencetakan baterai tersebut. Sebuah tim peneliti dari the American Chemical Society (ACS) menginisiasi riset inovatif ini, yang dapat berarti akan ada sejumlah jenis gadget dengan ukuran dan bentuk yang belum pernah dilihat publik sebelumnya. Secara teoritis, Tim ACS mampu mencetak seluruh alat eletronik, termasuk dengan baterainya, dalam segala bentuk. Namun dalam hal ini bukan proses pencetakannya yang menjadi masalah, tetapi adalah pada polymer sebagai material yang digunakannya.

Material yang digunakan seperti Polylactic acid (PLA) bukan merupakan ion konduktor (material yang dapat menghantarkan arus listrik dengan mudah). Untuk menjaga biaya yang tetap rendah, para peneliti harus menemukan cara menciptakan modifikasi baterai Li-ion yang tidak mahal dan sesuai standar printer 3D. Kemudian, mereka menanamkan elektrolit dan menambahkan graphene (molekul yang terdiri dari atom karbon murni) dan Carbon nanotube (CNT, molekul silinder karbon dengan ukuran nanometer yang lebih kuat dari Carbon fiber) yang dapat meningkatkan konduktivitas (ukuran seberapa kuat kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik) baterai.

Gambar 2. Graphene https://www.azonano.com/ & Gambar 3. Carbon nanotube (CNT) https://en.wikipedia.org/

Untuk menguji solusi dan inovasi mereka, kemudian mereka membuat gelang bangle LED sederhana yang terlihat seperti pelacak aktivitas. Gelang LED tersebut ditenagai oleh baterai Li-ion yang terintegrasi oleh gelang. Baterai tersebut menyalakan cahaya LED hijau selama hampir satu menit. Sebuah kapasitas yang rendah untuk orang-orang gunakan dalam proses isi ulang sekelas baterai iPhone.

Gambar 4. Gelang Bangle dengan LED (https://www.acs.org/)

Para peneliti mengakui bahwa percobaan pertama dari baterai hasil 3D printing adalah dua kali lebih rendah dari daya baterai Li-ion komersil di pasaran. Bagaimanapun, para peneliti tersebut mengatakan memiliki beberapa ide untuk meningkatkan kapasitas, seperti mengganti material PLA dengan material 3D printer pasta. [5] Dengan berlangsungnya penelitian dan pengembangan tersebut, maka bisa saja kedepannya akan didapatkan smartphone dengan bentuk dan desain yang unik atas lahirnya inovasi revolusioner dari printer 3D. Berikut ini adalah sekilas video ulasan mengenai baterai Lithium-ion dari kreasi 3D printing.

Referensi:
[1] Prinsip dasar dan Cara Kerja Mesin Printer. 2018. http://www.partner3d.com/prinsip-dasar-dan-cara-kerja-mesin-3d-printer/. Diakses tanggal 4 november 2018
[2] Coward, Cameron. 2015. IDIOT’S GUIDES, 3D Printing. USA: Penguin Group (USA) Inc.
[3] Horne, Richard and Hausman, K Kirk. 2017. 3D Printing for Dummies. USA: Wiley Brand.
[4] Yusupandi, F. 2018. Baterai Litium-Sulfur Sebagai Baterai Alternatif di Masa Depan. Diakses dari : https://warstek.com/2018/06/01/litiumsulfur/ pada 4 November 2018.
[5] Rogers, Shelby. 2018. Researchers Successfully 3D Print Custom-size Lithium-Ion Batteries. Diakses dari : https://interestingengineering.com/researchers-successfully-3d-print-custom-size-lithium-ion-batteries pada 4 November 2018.

Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
Bagikan Artikel ini di:

Tinggalkan Balasan