Meningkatkan Kinerja Baterai Kalium Ion Menggunakan Ban Bekas

Pada artikel berjudul Baterai Kalium Ion telah dibahas mengenai deskripsi baterai kalium-ion dan potensinya di masa depan. Pembangkit listrik intermittent seperti sel surya dan turbin angin membutuhkan baterai skala besar. Baterai kalium ion memiliki keunggulan dalam hal kinerja dan ekonomi. Baterai kalium ion menggunakan material yang hampir sama dengan baterai litium ion.

Perbedannya hanya berada pada unsur Li dan K pada setiap material (anoda, katoda dan elektrolit). Material katoda yang biasa digunakan adalah Prussian blue, FePO4 amorf dan K_0,3MnO₂. Anoda pada baterai kalium ion tidak dapat menggunakan logam kalium karena masalah keselamatan. Sehingga anoda yang umumnya digunakan berbasis karbon seperti grafit, graphene dan hard carbon^[1].

Pada bulan Juni 2017, para peneliti dari Purdue University dan University of Tennessee membuat konsep baru mengenai anoda pada baterai kalium ion. Anoda karbon yang digunakan berbahan baku ban bekas. Danon, dkk menyebutkan bahwa jumlah ban bekas yang dihasilkan setiap tahunnya sebesar 1,5 miliar di seluruh dunia^[2]. Ban bekas tersebut mengancam kesehatan manusia dan lingkungan karena non-biodegradable, mudah terbakar dan menghasilkan gas berbahaya seperti SO₂.

Sebelumnya, ban bekas dijadikan sebagai sumber energi melalui proses insinerasi. Namun proses insinerasi dengan menggunakan ban bekas menghasilkan gas SO₂ yang tinggi dan polynuclear aromatic hydrocarbon (PAH)^[2]. Sehingga para peneliti tersebut memanfaatkan ban bekas melalui proses pirolisis sebagai alternatif proses untuk menghasilkan karbon sebagai anoda baterai kalium ion.

Ban bekas yang dipotong-potong seukuran 1,5 x 1,5 inch dimasukkan ke dalam asam sulfat pekat pada temperatur 120^oC selama satu malam untuk menghasilkan ban bekas sulfonated^[1]. Kemdian, ban bekas sulfonated dicuci menggunakan air deionisasi. Setelah itu, ban bekas sulfonated akan dipirolisis menggunakan tubular furnace dengan mengalirkan gas nitrogen pada temperatur 1100^oC dan 1600^oC. Produk karbon yang dihasilkan pada 1100^oC diberi nama TC1100 dan pada 1600^oC diberi nama TC1600. TC1100 memiliki luas spesifik lebih besar dibandingkan dengan TC1600^[1]. Distribusi ukuran pori pada kedua sampel sebesar 3 – 4 nm. Hasil analisis SEM menunjukkan bahwa rentang ukuran pori dari kedua sampel tersebut tidak berbeda jauh meskipun terdapat perbedaan temperatur.

Gambar 1. Hasil SEM (a) TC1100 dan (b) TC1600^[1]

Pada pengujian elektrokimia, tegangan sirkuit terbuka atau open circuit voltage (OCV) yang dihasilkan sebesar 2,5 V. OCV merupakan tegangan baterai sebelum diberi beban yang artinya belum ada arus mengalir. Kapasitas baterai pertama kali sebesar 192 mAh/gram pada tegangan di bawah 1,8 V^[1]. Setelah penggunaan 200 siklus, kapasitasnya menurun hingga 155 mAh/gram sehingga menunjukkan retention capacity sebesar 80,7%^[1]. Penurunan kapasitas tersebut lebih kecil dibandingkan dengan menggunakan material seperti graphene, komposit timah dan grafit.

Maka penggunaan ban bekas sebagai anoda baterai kalium ion dapat digunakan hingga 200 siklus dengan penurunan kapasitas baterai yang kecil^[1]. Dari segi ekonomi, ban bekas lebih murah dibandingkan dengan menggunakan grafit ataupun graphene. Pol, nama salah satu peneliti dari Purdue University, mengatakan bahwa pemanfaatan ban bekas sebagai anoda baterai kalium ion dapat mengatasi permasalahan lingkungan dan kesehatan manusia yang ditimbulkan oleh ban bekas^[3]. Maka, penelitian ini menunjukkan potensi ban bekas sebagai anoda untuk meningkatkan kinerja  baterai kalium ion di masa depan.

Referensi

[1] Li, Y., Adams, R.A., Arora, A., Pol, V.G., Levine, A.M., Lee, R.J., Akato, K., Naskar, A.K dan Paranthaman, M.P. 2017. Sustainable Potassium-Ion Battery Anodes Derived from Waste-Tire Rubber. Journal of The Electrochemical Society, 166, A1234 – A1238.

[2] Danon, B., Gryp, P.V.D., Schwarz,C.E dan Gorgens, J.F. 2015. A Review of Dipentene (DL-Limonene) Production from Waste Tire Pyrolisis. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 112, 1-13

[3] Staller, A. 2017. New Concepts for Potassium-Ion Batteries. Diakses dari : https://www.electrochem.org/redcat-blog/new-concepts-potassium-ion-batteries/ pada 4 Agustus 2018.