Para peneliti kini merancang bahan baterai dengan bentuk yang tidak biasa, yaitu menyerupai kue pipih. Bentuk ini bukan sekadar unik untuk dilihat, melainkan sengaja dibuat agar ion seng bisa bergerak lebih cepat dan tersimpan lebih efisien di dalam baterai. Dalam penelitian yang terbit pada 2026 di Journal of Energy Storage, tim ilmuwan menunjukkan bahwa material ZnMn2O4 berbentuk cake mampu meningkatkan kinerja baterai ion seng berair secara signifikan dibanding bentuk bulat yang lebih konvensional.
Baterai ion seng berair menjadi salah satu kandidat menarik untuk masa depan penyimpanan energi. Banyak orang mengenal baterai lithium ion karena dipakai di ponsel, laptop, dan kendaraan listrik. Namun baterai berbasis lithium memiliki beberapa tantangan, seperti biaya bahan baku, isu keselamatan, dan keterbatasan sumber daya. Di sisi lain, seng tergolong melimpah, relatif murah, dan lebih aman digunakan dalam sistem berbasis air. Karena itu, para peneliti di berbagai negara mulai menaruh perhatian besar pada baterai ion seng berair atau aqueous zinc ion batteries.
Baca juga artikel tentang: Laut Cerdas, Bumi Berenergi: Revolusi Konversi Gelombang Menuju Energi Bersih
Meski menjanjikan, baterai jenis ini belum sempurna. Salah satu tantangan utamanya terletak pada material katoda, yaitu komponen tempat ion bergerak masuk dan keluar saat baterai mengisi dan melepaskan energi. ZnMn2O4, yang termasuk material bertipe spinel, sebenarnya cukup stabil secara struktur dan cocok untuk dipakai sebagai katoda. Masalahnya, kapasitas penyimpanan sengnya masih terbatas. Dengan kata lain, material ini punya fondasi yang baik, tetapi belum mampu menyimpan muatan sebanyak yang dibutuhkan untuk aplikasi yang lebih luas.
Di sinilah bentuk atau morfologi material menjadi sangat penting. Dalam ilmu bahan, bentuk partikel tidak hanya memengaruhi penampilan, tetapi juga menentukan luas permukaan, panjang jalur difusi ion, dan jumlah titik aktif yang bisa dipakai untuk reaksi elektrokimia. Bayangkan dua benda dengan bahan yang sama, tetapi satu berbentuk bola padat dan satu lagi berbentuk pipih berlapis. Meski komposisinya mirip, cara ion bergerak di dalamnya bisa sangat berbeda. Penelitian ini mencoba memanfaatkan gagasan tersebut dengan membuat ZnMn2O4 dalam bentuk cake like, yakni mirip kue pipih yang luas dan relatif seragam.
Tim peneliti menghasilkan material ini dengan metode solvotermal. Mereka lalu membandingkan performanya dengan ZnMn2O4 berbentuk bulat. Hasilnya sangat menarik. Material berbentuk cake memiliki luas permukaan spesifik sekitar 29,98 meter persegi per gram dan menunjukkan keseragaman bidang yang sangat baik. Luas permukaan yang lebih besar memberi lebih banyak ruang bagi reaksi untuk berlangsung, sedangkan bentuk yang lebih terbuka membantu ion bergerak lebih mudah ke dalam dan ke luar material.
Ketika diuji pada rapat arus 1 ampere per gram, material berbentuk cake menunjukkan kapasitas spesifik awal sebesar 296,7 miliampere jam per gram. Lebih mengejutkan lagi, setelah 2000 siklus pengisian dan pengosongan, kapasitasnya justru meningkat menjadi 309,7 miliampere jam per gram, dengan retensi kapasitas melampaui 100 persen. Dalam bahasa sederhana, baterai ini tidak hanya bertahan lama, tetapi performanya malah membaik setelah digunakan berkali kali. Sebaliknya, ZnMn2O4 berbentuk bulat hanya menunjukkan kapasitas awal 139,45 miliampere jam per gram. Setelah 1400 siklus, kapasitasnya turun drastis menjadi 54,1 miliampere jam per gram.
Angka-angka ini menunjukkan perbedaan yang sangat besar. Material yang sama secara kimia dapat berperilaku sangat berbeda hanya karena bentuk fisiknya berbeda. Ini seperti membandingkan jalan sempit berliku dengan jalan lebar yang rapi. Keduanya sama sama menuju tujuan, tetapi salah satunya membuat lalu lintas jauh lebih lancar. Dalam baterai, lalu lintas itu adalah pergerakan ion seng dan proton yang harus berpindah cepat dan efisien agar energi bisa disimpan dan dilepas dengan baik.
Salah satu konsep penting dalam penelitian ini adalah pseudokapasitansi. Istilah ini mungkin terdengar rumit, tetapi intinya cukup sederhana. Pada baterai biasa, penyimpanan energi sering bergantung pada ion yang masuk jauh ke dalam struktur material, sebuah proses yang bisa memakan waktu. Pada pseudokapasitansi, sebagian penyimpanan energi terjadi lebih cepat di dekat permukaan atau melalui reaksi yang berlangsung sangat responsif. Akibatnya, material bisa mengisi dan melepaskan energi lebih cepat. Dalam studi ini, kontribusi pseudokapasitif material berbentuk cake mencapai 66,4 persen pada laju pindai 0,1 milivolt per detik, jauh lebih tinggi dibanding bentuk bulat.
Mengapa bentuk cake bisa memberi efek sebesar itu? Peneliti menjelaskan bahwa struktur pipih dan lebih terbuka memperlebar jalur difusi ion. Dengan jalur yang lebih lebar, ion seng tidak perlu menempuh rute yang terlalu sempit atau terlalu panjang. Bentuk ini juga meningkatkan jumlah situs elektroaktif, yaitu titik titik pada material tempat reaksi penyimpanan energi dapat berlangsung. Selain itu, struktur tersebut mempercepat transport ion seng dan proton. Gabungan dari semua faktor ini memperkuat efek pseudokapasitif dan membuat penyimpanan seng menjadi lebih efisien.
Gambaran sederhananya seperti ini. Bayangkan Anda punya gudang dengan satu pintu kecil dan lorong sempit. Barang bisa masuk, tetapi prosesnya lambat dan mudah macet. Sekarang bayangkan gudang lain yang memiliki lebih banyak akses, lorong lebih lega, dan tata ruang lebih rapi. Barang akan bergerak lebih cepat dan penyimpanan menjadi lebih efisien. Material ZnMn2O4 berbentuk cake bekerja dengan prinsip serupa. Ia memberi ruang gerak yang lebih baik bagi ion ion yang membawa muatan.
Penelitian ini penting bukan hanya karena menghasilkan angka performa yang bagus, tetapi juga karena memberi pelajaran umum dalam sains material modern. Selama ini, banyak orang mengira kinerja bahan terutama ditentukan oleh unsur kimianya. Padahal, struktur fisik dan bentuk mikro juga sangat menentukan. Dua material dengan rumus kimia yang sama bisa memiliki kemampuan berbeda jauh jika bentuk partikel, ukuran, dan susunan internalnya berbeda. Itulah sebabnya rekayasa morfologi menjadi bidang yang sangat aktif dalam pengembangan baterai generasi baru.
Dari sudut pandang teknologi energi, temuan ini memberi harapan baru. Dunia saat ini membutuhkan sistem penyimpanan energi yang murah, aman, tahan lama, dan ramah lingkungan. Energi terbarukan seperti surya dan angin sangat bergantung pada baterai karena produksi listriknya naik turun sesuai kondisi alam. Jika baterai ion seng berair bisa dikembangkan lebih jauh, teknologi ini berpotensi menjadi solusi untuk penyimpanan energi skala besar yang lebih aman dibanding beberapa sistem lain. Seng yang murah dan melimpah juga menjadi nilai tambah yang besar.
Tentu saja, hasil laboratorium belum langsung berarti teknologi ini siap dipakai di mana mana. Peneliti masih perlu menguji skalabilitas produksi, stabilitas dalam kondisi nyata, dan kecocokannya untuk perangkat komersial. Namun studi ini sudah menunjukkan arah yang kuat. Daripada hanya mencari bahan kimia baru, ilmuwan juga bisa meningkatkan performa baterai dengan mengubah bentuk material yang sudah ada. Kadang loncatan besar dalam teknologi datang bukan dari mengganti seluruh bahan, melainkan dari menata ulang arsitektur mikroskopisnya.
Penelitian ini memperlihatkan bahwa bentuk benar benar bisa menentukan fungsi. Material ZnMn2O4 berbentuk cake bukan sekadar variasi bentuk yang unik, melainkan contoh nyata bagaimana desain mikro dapat mengubah cara sebuah baterai bekerja. Dengan jalur ion yang lebih terbuka, lebih banyak titik aktif, dan kontribusi pseudokapasitansi yang lebih besar, material ini membantu baterai ion seng berair melangkah lebih dekat menuju performa tinggi yang dibutuhkan masa depan. Dari luar, bentuknya mungkin sederhana. Namun di balik kesederhanaan itu, tersimpan strategi cerdas untuk membangun baterai yang lebih efisien, lebih tahan lama, dan lebih siap mendukung dunia yang makin bergantung pada energi bersih.
Baca juga artikel tentang: Mesin Cahaya Tertua di Bumi: Bagaimana Cyanobacteria Mengonversi Cahaya Menjadi Energi
REFERENSI:
Li, Lan dkk. 2026. Cake-shaped ZnMn2O4 with enhancing pseudo-capacitance for efficient zinc storage. Journal of Energy Storage 152, 120798.
