Hutomo Suryo Wasisto: Dari Tidak Bisa Membuat Abstrak Hingga Menjadi Ilmuwan Berprestasi di Jerman

Bagikan Artikel ini di:

Halo sahabat warstek.com, kali ini saya berkesempatan bertemu langsung dengan seorang Ilmuwan diaspora yang sedang pulang kampung sejenak ke Indonesia. Beliau datang ke Indonesia dalam rangka menghadiri SCKD (Simposium  Cendekia Kelas Dunia) 2019 di Jakarta yang diadakan oleh Kemenristekdikti RI. Setelah menghadiri simposium ilmuwan tersebut, beliau membagikan pengalamannya di luar negeri ke berbagai instansi kampus yang ada di Indonesia. Salah satu acara yang dikunjunginya yaitu Seminar yang diadakan di Universitas Diponegoro Semarang tepatnya di ruang pertemuan di Gedung UNDIP Inn pada tanggal 2 September 2019. Penasaran siapa Ilmuwan diaspora yang berhasil penulis temui? Yuk baca artikel hasil diskusi ini, selamat membaca!

Perjalanan sebagai Peneliti Nano

Tidak pernah menyangka seorang yang bernama lengkap Dr.-Ing. Hutomo Suryo Wasisto, M.Eng ini menjadi ilmuwan di bidang Nanoteknologi. “Saya tidak menyangka sekarang terjun di bidang nanoteknologi, sebab latar belakang keluarga saya adalah kedokteran” kata Pak Ito, sapaan akrabnya.

“Saya dahulu ketika studi S1 mendaftar jurusan Kedokteran dan Teknik Elekto di Universitas Gajah Mada. Saat melihat pengumuman penerimaan kuliah, saya kaget saat membaca ‘selamat Anda diterima’, kelanjutannya ada kalimat ‘di jurusan teknik elektro’. Hahaha, pada awalnya saya sempat bingung karena ada keinginan di kedokteran. Ya, saya tetap jalani.”

Ketika wisuda pada studi S1 Teknik Elektro, Pak Ito mendapat penghargaan tiga kategori sekaligus yakni Mahasiswa cum laude lulus Tercepat, Terbaik dan Termuda di UGM pada tahun 2008. Merasa membutuhkan pendidikan yang lebih tinggi, selanjutnya Pak Ito melanjutkan studi S2, Master of Engineering (M.Eng.) di Asia University, Taichung, Taiwan. Pada awalnya, beliau hanya mengira Taiwan hanya sebatas negara dengan film terkenal “Meteor Garden” saja. Namun, dari negara ini, Pak Ito mulai bersemangat mendalami teknologi khususnya yang bersinggungan dengan bidang elektronika.

“Yang ada di pikiran saya waktu ke Taiwan, di sana hanya negara penghasil fim ‘Dao Ming Si’ saja. Setelah saya pelajari teknologi orang-orang di sana dan akhirnya negara ini mampu menginspirasi saya dalam mengembangkan teknologi bidang elektronik (Hi-Tech)”

Sekali lagi, beliau kembali lulus berpredikat cum laude di Ilmu Komputer dan Teknik Informasi pada tahun 2010 di Asia University, Taichung, Taiwan. Kemudian, pendidikannya berlanjut ke Jerman untuk menempuh pendidikan S3.

Ada motivasi unik dari seorang Hutomo Suryo Wasisto saat ditanya mengapa memutuskan Jerman sebagai Negara tempatnya berkuliah. “Saya terinspirasi dari sosok Pak Habibie pada waktu itu. Saya awalnya hanya ingin memiliki gelar seperti yang Pak B.J Habibie miliki (Dr.-Ing) dan hal tersebut dapat terwujud jika saya kuliah di Jerman seperti Pak Habibie.” Ujar Pak Ito. Beliau berpendapat bahwa figur atau tokoh yang memotivasi itu sangat perlu untuk kita. Ketika studi di Jerman, beliau memilih berfokus pada bidang Nanoteknologi. Sahabat warstek, sekarang muncul istilah Nanoteknologi, Apa sih Nanoteknologi itu?

The Dream Come True. Pak Ito berfoto dengan Prof. B.J. Habibie (Sumber: Kompas)

Sekilas tentang Nanoteknologi

Nanoteknologi merupakan teknologi yang berkaitan dengan material berukuran nanometer, yang dapat bermanfaat untuk berbagai bidang baik sains, kedokteran, dll. Nanoteknologi dikenal masyarakat umum sebagai teknologi penyusun komponen yang ada di gawai (gadget) dan benda-benda elektronik lainnya seperti chip. Tidak hanya pada bidang elektronik, nanoteknologi sekarang telah banyak digunakan di segala aspek, misalkan pada kosmetik. Kini, kosmetik yang berukuran partikel nano lebih melindungi kulit dari sinar UV secara merata dibanding ukuran yang lebih besar daripada Nanometer. Ada juga pada bidang food packaging, misalkan untuk mengirim (ekspor) buah-buahan ke luar negeri digunakan material organik berukuran nanometer untuk melapisi (coating) ke permukaan kulit buah agar awet (tidak cepat busuk). Pada bidang kedokteran misalnya pada penambalan gigi yang menggunakan material nanometer hasilnya akan lebih padat dan baik. Intinya, nanoteknologi ini dapat dimanfaatkan pada bidang yang sangat luas.

“Sayangnya, banyak pihak yang menggunakan kata ‘Nano’ sebagai trend saja. Padahal, pada kenyataannya tidak terdapat teknologi nano di dalamnya. Istilah  Nano ini semakin ‘sexy’ menurut saya, sebab diminati oleh kebanyakan pebisnis,” Kata Pak Ito.

Pak Ito pada kesempatan diskusi seminar juga menjawab permasalahan-permasalahan dari peserta diskusi yang berasal dari berbagai latar belakang keilmuwan. Pak Ito menjawab permasalahan Teknik Perkapalan yang saat ini juga sudah mulai bersentuhan dengan nanoteknologi misalkan pada material penyusun kapal. Selanjutnya, beliau juga menjawab permasalahan pada bidang Peternakan dan Pertanian, persoalan pangan dengan pembuatan nano-protein untuk meningkatkan produktivitas ternak. Pak Ito beranggapan bahwa untuk menciptakan hasil riset yang berkualitas dibutuhkan kolaborasi yang apik dari berbagai disiplin ilmu.

“Riset saya, pembuatan gas-sensor ini membutuhkan pengetahuan atau keahlian mengenai susunan material sensor tersebut. Gas Sensor memiliki musuh utama yaitu air atau akan tidak berjalan apabila berinteraksi dengan air. Di sini saya membutuhkan mixed-material antara hidrofobik dan hidrofilik. Tujuannya, agar material itu menyerap target molekul yang kita sensor. Nah, pengetahuan semacam ini saya dapatkan dari orang kimia. Ini sangat penting karena komposisi material mempengaruhi performance dari sebuah sensor”

Pak ito menambahkan penjelasan kerangka berpikirnya bahwa dalam pembuatan sensor misalkan dibuat hidrofobik (anti air) saja, maka gasnya tidak akan terdeteksi. Di satu sisi jika hanya menyusun sensor dengan material hidrofilik saja, maka sensor akan rusak karena berinteraksi dengan air. Kemudian dia berinisiatif mengkombonasikan kedua sifat material tersebut dengan diperhitungkan optimasinya bersama orang kimia.

Dr.-Ing. Hutomo Suryo Wasisto, M.Eng (sumber gambar: ristekdikti)

 Nanoteknologi di Indonesia

Pak Ito beranggapan bahwa teknologi nano di Indonesia sebenarnya sudah mulai berkembang. Namun, lebih cenderung ke arah materialnya dan jarang ada yang masuk ke ranah teknologi Hi-tech.

“Research tentang nano ada yang bersifat top-down dan buttom-up. Kini Indonesia masih berfokus pada arah pembuatan materialnya saja.”

Ada beberapa Ilmuwan Diaspora Indonesia apabila kembali ke Indonesia membutuhkan adaptasi dalam beraktivitas untuk waktu yang cukup lama, sebab kebutuhan bahan riset dengan ketersediaan fasilitas atau bahan yang ada di Indonesia belum seperti tempat negara asalnya berkuliah dahulu.

Selama di Jerman, Pak Ito sering dipandang sebelah mata oleh orang di sekelilingnya sampai akhirnya dia membuktikan lulus di usia muda (27 tahun) sebagai lulusan predikat summa cum laude di Technische Universität Braunschweig, Braunschweig, Jerman, dan akhirnya mendapatkan gelar Dr.-Ing yang sejak awal diimpikannya. Impiannya tidak selesai sampai di sana, Pak Ito tetap melakukan kerja-kerjanya dengan berkontribusi di bidang nanomaterial dan sensor, dengan menjadi kepala sebuah laboratorium Nano yaitu Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA) di Technische Universität Braunschweig.

Berbagi Pengalaman dalam Berkontribusi

Kontribusi seorang Pak Ito dalam dunia riset tidak hanya untuk dirinya sendiri, tetapi juga melibatkan orang lain. Dirinya mengajak peneliti-peneliti Indonesia dalam timnya, beliau juga mendirikan instansi bernama Indonesian-German Center for Nano and Quantum Technologies (IG-Nano), kini beliau sebagai CEO. Selain aktif dalam laboratorium risetnya, Pak Ito sehari-hari juga membagikan ilmunya dan membimbing mahasiswa S1, S2 dan S3 di Technische Universität Braunschweig. Kontribusinya terhadap dunia teknologi, selain mengajar dan riset di dalam Laboratorium, beliau aktif menulis jurnal internasional dan hampir seluruhnya Q1. Kemudian kini juga ikut me-review berbagai jurnal yang berindeks Q1 milik peneliti-peneliti lainnya. Atas kontribusinya dalam me-review jurnal, beliau mendapat penghargaan karena me-review lebih dari 20 jurnal internasional bereputasi.

Pencapaian Pak Ito, kini tidak bisa dipandang sebelah mata lagi. Pasalnya, pada usia yang relatif muda (30an tahun) sudah mencapai banyak pencapaian, penelitian yang berintegritas tinggi yang saat ini sudah mencapai 700 kutipan, memiliki H indeks 14, 2 hak paten telah didapatkan, dan belasan penghargaan skala internasional pun telah diperoleh.

Seminar General Lecture tentang Nanoteknologi bersama Dr.-Ing. Hutomo Suryo Wasisto, M.Eng

Dibalik Kesuksesan Pak Ito

Pria yang aktif dalam organisasi I-4 (Ikatan Ilmuwan Indonesia Internasional) ini tidak disangka-sangka memiliki fakta menarik yang dia bagikan kepada peserta seminar. Siapa sangka, Pak Ito mengaku dahulu waktu kuliah S1, kesulitan dalam berbahasa Inggris dan menulis karya tulis ilmiah. Bahkan dalam menulis abstrak berbahasa inggris Pak Ito dahulu membutuhkan waktu satu pekan.

“Saya dahulu pada awal pertama kali menulis, membuat abstrak berbahasa inggris dalam waktu satu pekan. Kemudian, hasil abstrak tersebut saya berikan kepada teman saya yang sudah advanced berbahasa Inggris karena memang dia sudah dari lahir di luar negeri. Hasilnya abstrak saya bagaimana? Saya terkejut, dari satu paragraf yang saya buat, hanya satu kalimat yang dinilai benar. Akhirnya saya memutuskan mulai banyak belajar lagi” Ujarnya

Foto Penulis (kiri) bersama Dr.-Ing. Hutomo Suryo Wasisto, M.Eng (kanan)

Dahulu Pak Ito yang kesulitan menulis dalam berbahasa Inggris, kemudian belajar keras hingga saat ini dapat menulis artikel Jurnal Internasional dan pernah juga sebagai asisten pengajar di English Center, Foreign Language Department, di Asia University, Taiwan.

Nah, bagaimana sahabat warstek.com, seorang Dr.-Ing. Hutomo Suryo Wasisto sangat menginspirasi bukan? Semoga sahabat warstek semakin semangat belajar dan berkontribusi untuk menjayakan negeri.

Penulis: Budiman Prastyo

Editor: Nur Abdillah Siddiq

Nilai Artikel Ini
Bagikan Artikel ini di:

Siringmakar 10: “Nanomaterials for Energy Storage”

Bagikan Artikel ini di:

Pemateri: Muhammad Hilmy Alfaruqi (Material Science and Engineering, Chonnam National University)
Moderator : Nailul Izzah 

Pengantar

Salah satu pendekatan yang sedang dikembangkan ilmuwan terkait dengan pengembangan energi adalah nanoteknologi. Nanoteknologi  merupakan ilmu dan rekayasa dalam penciptaan material, struktur fungsional, maupun piranti dalam skala nanometer.

Definisi lain mengatakan bahwa nanoteknologi adalah pemahaman dan kontrol materi pada dimensi 1 s/d 100 nm, dimana fenomena-fenomena unik yang timbul dapat digunakan untuk aplikasi-aplikasi baru. Nanoteknologi memiliki wilayah dan dampak aplikasi yang luas mulai dari bidang material maju, transportasi, ruang angkasa,  kedokteran, lingkungan, IT sampai energi.

Seperti apa nanomaterial dan bagaimana mekanisme dalam pengaplikasiannya di bidang energi, terutama dalam hal penyimpanannya (energy storage)?.

Diskusi

Sebagaimana yang diketahui, judul sharing kali ini adalah Nanomaterials for Energy Storage, karena begitu broad peserta acara kali ini, saya coba menjabarkan sesederhana mungkin, mulai dari awal, sampai yang agak spesifik, yaitu nanomaterial untuk energy storage.

Agar memudahkan, keyword yang perlu dipahami adalah nanomaterial: nano dan material

Keyword selanjutnya adalah energy storage: penyimpan energi, banyak sekali material penyimpan energi, pada sharing kali ini, aplikasi penyimpan energi yang dimaksud adalah battery (agar simple, saya sebut dengan ‘batere’ saja, ya)

Kalau sharing kayak gini, saya paling suka mengawali dengan sebuah cerita atau kisah. Metode sharing dengan kisah ini, menurut saya menarik, dan so far, dengan metode ini bisa diterima oleh banyak orang dengan pemahaman atau background yang berbeda-beda. Metode ini saya meng-extract dari Prof. Sadoway, guru besar MIT.

Jadi, saya akan mulai dari kisah ‘batere’… – dalam notulensi ini akan digunakan kata “baterai”.

Suatu hari di negeri antah berantah …

“Colokan listrik dimana, Bro? Boleh numpang nge-charge? Udah abis nih batere HP ane, Gan.”

“Gan, jual batere laptop? Batere laptop ane udah drop nih, Gan.

Jadi kalo mau pake laptop, charger-nya dicolokin terus.”

Percakapan di atas tentu sudah familiar di telinga kita. Ya, penggunaan baterai memang sudah tidak asing lagi dalam kehidupan kita sehari-hari.

Perkembangan teknologi yang menghasilkan berbagai macam peralatan elektronik seperti laptop, kamera, telepon selular, sampai kendaraan berbahan bakar listrik seperti mobil dan motor listrik memerlukan baterai yang berfungsi sebagai media penyimpan energi listrik.

Tanpa adanya listrik, maka peralatan elektronik tersebut tidak dapat kita gunakan. Bahkan sumber energi alternatif atau energi terbarukan seperti pembangkit listrik yang memanfaatkan energi matahari (solar cell/ sel surya) juga membutuhkan baterai untuk menyimpan energi listrik yang telah dihasilkan.

Proses ditemukannya baterai cukup unik. Diawali oleh Luigi Galvani (1737-1798), ahli anatomi dari Italia, ketika bereksperimen dengan bagian tubuh katak pada tahun 1780. Ia menemukan bahwa setiap kali saraf kaki katak tersentuh oleh suatu logam dan otot-otot tersentuh oleh yang logam lain, maka akan terjadi kejang atau kontraksi akibat adanya kontak antara dua logam berbeda tersebut. Mulanya Galvani menganggap bahwa kejang atau kontraksi yang terjadi dihasilkan oleh katak sehingga disebutlah “listrik hewan”.

Eh tapi, kan Galvani punya teman tuh, ilmuwan juga, namanya Alessandro Volta (1745-1827). Nah, Volta tidak setuju dengan pendapat Galvani. Menurut Volta, “Kejang atau kontraksi tersebut terjadi karena adanya kontak antara dua logam berbeda dengan perantaraan medium lembab, yaitu tubuh katak.”

Nah, itulah yang mendasari eksperimen Volta untuk membuat sebuah prototype baterai dengan menumpukkan dua logam berbeda, yaitu tembaga (Cu) dan seng (Zn) pada tahun 1800. Di antara Cu dan Zn, Volta meletakkan larutan garam yang berfungsi sebagai medium. Volta menyebutnya dengan nama ‘voltaic pile’.

Dan juga, di zaman dulu pun, peneliti  juga mempublikasikan hasil penelitiannya, walau arus informasinya tidak secepat era internet seperti sekarang ini. Hasil penelitian Volta ini pun akhirnya sampailah kepada Humphry Davy (1778-1829), yang mana merupakan mentor dari Michael Faraday (1791-1867). Mungkin teman-teman ingat tentang “Faraday Constant”. Nah, Faraday ini kemudian meneruskan riset voltaic pile lebih mendalam. Dari sinilah berasal cabang elektrokimia (electrochemistry). Karena Faraday juga lah ada istilah elektroda (electrode) dan electrolit (electrolyte).

Ngomong-ngomong, ‘Voltaic pile’ ini masih ada, lho, disimpan di Volta Temple, Kota Como, Italia.

Eh, tapi konon, jauh sebelum ‘voltaic pile’, ada Baterai Baghdad yang diperkirakan sekitar 250 tahun SM. Sisa-sisa peninggalan Baterai Baghdad ini di temukan pada tahun 1936.

Kemudian, penelitian terus berlanjut, dan akhirnya sampai juga pada baterai alkaline (Eveready Energizer) yang ditemukan oleh Lewis Urry (1927-2004). Prototype baterai alkaline juga masih ada, disimpan di Smithsonian Museum, DC, USA. Dan teruslah penelitian baterai berkembang, sampai pada penemuan Lithium-Ion Battery (LIB). LIB ini pertama kali di temukan oleh M. S. Whittingham (orang nya masih ada, professor di University of Binghamton, UK). Banyak orang yang terlibat dalam penelitian baterai ini, dan banyak yang masih hidup hingga sekarang. LIB komersial pertama dikeluarkan oleh SONY awal tahun 90-an.

Gambar 1. Brief History of Battery [M. Hilmy Alfaruqi, Siringmakar X, 2017]

Gambar 2. Hadir pada conference di Amerika dan bertemu dengan penemu Lithium-Ion Battery, Prof. Whittingham. [M. Hilmy Alfaruqi, Siringmakar X, 2017]

 

Sekarang mulai masuk ke mekanisme …

Baterai setidaknya terdiri dari 3 komponen, yaitu elektroda negatif (anoda), elektroda positif (katoda), dan elektolit. Sebagai contoh baterai alkalin. Baterai alkalin menggunakan zinc/seng (Zn) sebagai anoda, manganese dioxide/mangan dioksida (MnO2) sebagai katoda, serta potassium hydroxide/ potasium hidroksida/ kalium hidroksida (KOH) sebagai elektrolit.

Bagaimana dengan LIB?

Gambar 3. Komponen Baterai (Lithium-Ion Battery) LIB [M. Hilmy Alfaruqi, Siringmakar X, 2017]

Untuk LIB, dalam aplikasinya, banyak sekali material yang digunakan seperti graphite/grafit (C – bentuk lain dari karbon), vanadium pentoxide (V2O5), LTO (Li4Ti5O12), sebagai anoda, kemudian lithium cobalt oxide (LiCoO2), manganese dioxide (MnO2), lithium nickel oxide (LiNiO2), dan lithium iron phosphate (LiFePO4) sebagai katoda serta lithium hexafluoro phosphate (LiPF6) sebagai elektrolit. Sistem grafit-LiCoO2 merupakan jenis LIB komersial yang banyak digunakan saat ini.

Proses Pengisian (Charge): Pada katoda, saat baterai diisi ulang (charge), lithium yang berasal dari katoda (LiCoO2) mengalami ekstraksi yang kemudian berjalan melalui elektrolit sebagai media menuju anoda (graphite). Saat charging ini terjadi perubahan keadaan bilangan oksidasi pada cobalt di dalam LiCoO2 dari Co3+ menjadi Co4+. Pada anoda, saat baterai diisi ulang (charge), lithium dari katoda memasuki struktur anoda. Ketika diisi ulang (charge), maka baterai menerima arus listrik sehingga pada anoda terjadi perubahan keadaan bilangan oksidasi pada lithium dari Li+ menjadi Li.

Proses Pemakaian (Discharge): Kemudian, saat pemakaian (discharge), lithium yang berada di anoda (graphite) kembali kepada katoda (LiCoO2) sehingga pada katoda terjadi perubahan keadaan bilangan oksidasi pada cobalt di dalam LiCoO2 dari Co4+ menjadi Co3+. Sedangkan pada anoda, saat pemakaian (discharge), lithium pada anoda melepaskan elektron, sehingga terjadi perubahan keadaan bilangan oksidasi pada lithium dari Li menjadi Li+.

Adapun proses di atas dapat dituliskan ke dalam persamaan kimia sebagai berikut:

Saat Pengisian (Charge):

pada katoda:     LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-

pada anoda:      xLi+ + xe- + C → LixC

Sedangkan Pemakaian (Discharge):

pada katoda:     Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- → LiCoO2

pada anoda:      LixC → xLi+ + xe- + C

Proses keluar masuk nya Li-ion pada katoda dan anoda disebut sebagai intercalation/insertion dan deintercalation/extraction.

Gambar 4. Basic Principle Redox Reaction [Google Images, 2017]

Gambar 5. Basic Principle: Struktur LiFePO4 dilihat melalui TEM (Transmission Electron Microscope) [J. Lim, D.Kim, V. Mathew, D. Ahn, J. Kang, S. Kang, J. Kim, J. Alloys Compd., 509 (2011) 8130-8135]

Apa hubungannya nano dengan baterai?

Sederhananya, nanomaterial dipakai pada baterai untuk meningkatkan performa baterai. Performa apa saja?. Setidaknya ada 2 performa, yaitu:

Pertama, CAPACITY

Konsep utama dari baterai adalah konversi energi kimia menjadi energi listrik. Ketika sebuah baterai digunakan (discharge) pada beban/ load tertentu, maka baterai akan mengeluarkan energi.

Capacity sebuah baterai dapat diartikan sebagai seberapa banyak energi yang dapat disimpan oleh baterai. Capacity memiliki satuan mAh/gr (milliampere per gram). Sedangkan beban/ load yang diberikan pada baterai memiliki istilah C-rate. C-rate ini memiliki nilai 0.5C, 1C, 2C, dan seterusnya.

1C berarti sebuah baterai digunakan (discharge) sampai titik akhir yang ditentukan (pada rentang voltage tertentu) selama 1 jam, sedangkan 0.5C berarti batere digunakan (discharge) selama 2 jam sampai titik akhir yang ditentukan (pada rentang voltage tertentu). Jadi, jika sebuah baterai digunakan (discharge) sampai kondisi akhir dalam waktu 1 jam, tentu saja baterai tersebut menerima beban/ load yang berbeda dengan baterai yang sama yang digunakan (discharge) sampai kondisi akhir dalam waktu 2 jam.

Setiap baterai memiliki nilai capacity yang berbeda-beda bergantung dari material yang digunakannya. Material-material yang digunakan pada baterai memiliki nilai theoretical capacity. Pada kenyataannya, kadang capacity baterai yang digunakan tidak sama dengan theoretical capacity-nya. Jika nilainya sama, baterai tersebut bisa dikatakan memiliki performa yang optimal.

Kedua, CYCLE LIFE

Selain capacity, cycle life juga menjadi aspek yang sangat penting diperhatikan dalam aplikasi baterai. Cycle life diartikan berapa lama sebuah baterai dapat digunakan, tentu dengan mempertahankan nilai capacity awalnya. Cycle life ini diukur dengan istilah number of cycle (jumlah siklus), yang terdiri dari charge dan discharge. Jadi, semakin banyak jumlah siklusnya dan dapat mempertahankan capacity-nya, baterai tersebut juga dapat dikatakan memiliki performa yang baik.

Generasi pertama LIB menggunakan material untuk elektroda dengan partikel seukuran milimeter. Sedangkan dengan partikel berukuran milimeter tersebut, performa baterai sangat terbatas. Sebagaimana kita ketahui, material nano memiliki sifat-sifat baru yang berbeda dengan material ukuran besar (bulk). Dengan pemanfaatan material nano dalam aplikasi LIB, ternyata dapat memberikan manfaat yang besar, yaitu dapat meningkatkan performa dari baterai.

Sebagaimana telah kita diskusikan tadi, prinsip kerja dari LIB berdasarkan ‘insertion/extraction‘ ion lithium pada katoda atau anoda. Dengan demikian, semakin kecil ukuran material yang digunakan, dalam hal ini material nano, maka dapat berfungsi untuk memperpendek jarak untuk transportasi ion lithium.

Gambar 6. Gambaran Sederhana Nanomaterials pada Baterai [Google Images, 2017]

Menariknya, ukuran nano juga dapat memberikan efek “aktif secara elektrokimia” bagi material tertentu sehingga dapat digunakan untuk aplikasi pada baterai. Sebagai contoh, MnO2 (manganese dioxide) yang terdiri dari berbagai bentuk struktur seperti: a-MnO2, g-MnO2, b-MnO2, dan d-MnO2.

Pada dasarnya, MnO2 aktif secara elektrokimia sehingga dapat digunakan untuk aplikasi baterai. Namun, ternyata pada b-MnO2 tidak demikian. Dengan modifikasi ukuran, melalui ukuran nano, pada akhirnya b-MnO2 dapat dioptimalkan untuk aplikasi baterai.

Gambar 7. Perbandingan yang Nano dan Non-nano . Pada Non-nano (bulk) tidak menghasilkan capacity. [F. Jiao, P.G. Bruce. Adv. Mater., 19 (2007) 657]

Gambar 8. Perbandingan Material LTO, yang ukuran nano memiliki nilai capacity lebih besar [D. Bresser, Elie Paillard, M. Copley, P. Bishop, M. Winter, S. Passerini, J. Power Sources, 219 (2012) 217-222 ]

Gambar 9. Material LTO Nano Memiliki Performa Lebih Baik. Nilai capacity-nya Lebih Tinggi dan Lebih Stabil [D. Bresser, Elie Paillard, M. Copley, P. Bishop, M. Winter, S. Passerini, J. Power Sources, 219 (2012) 217-222]

Secara umum, penggunaan material nano pada aplikasi baterai memiliki manfaat sebagai berikut:

  1. Ukuran yang kecil, skala nano, memperkecil jarak transportasi ion lithium dan elektron sehingga berpengaruh dalam mempertahankan capacity dalam penggunaan baterai secara berkali-kali.
  2. Material nano memiliki nilai luas permukaan yang tinggi sehingga membuat kontak area antara elektrolit dengan elektroda semakin tinggi. Hal tersebut memberikan kemudahan akses bagi ion lithium menuju elektroda dan menyediakan lebih banyak ‘active site‘ untuk reaksi.

Demikian sharing kali ini. Walau singkat, semoga bermanfaat.

Mohon maaf apabila ada salah-salah dalam penyampaian.

Dan ingat, hindari baterai dan charger bajakan ????

Sesi Tanya-Jawab (QnA)

Termin 1

  1. Masita_Pertanyaan: Apakah mensintesis pasir silika menjadi nano dengan mnggunakan bantuan zat kimia (zat basa) dapat menggantikan efisiensi dengan cara mekanik? A: Maaf, tampaknya pertanyaan di luar konteks ya, jadi saya skip 🙂 🙂 Bisa dilanjut lain kali …
  1. ARIS SETIAWAN_PERTANYAAN: Realita… baterai ABC -kan ada 3 ukuran ya, yang kecil (utk remote), sedang (utk microphone), besar (utk senter). Nah,  nanomaterial utk baterai yang dimaksud itu seperti apa?. Apakah baterainya berukuran Nano?. Bagaimana cara pakainya?. Mohon penjelasan sederhananya, Mas. A: Nanomaterial itu pada katoda atau anodanya (powder), lihat Gambar 6. Caranya, material nano dipakai pada katoda dan anoda. Generasi pertama LIB menggunakan material untuk elektroda dengan partikel seukuran milimeter. Sedangkan dengan partikel berukuran milimeter tersebut, performa baterai sangat terbatas. Sebagaimana kita ketahui, material nano memiliki sifat-sifat baru yang berbeda dengan material ukuran besar (bulk). Dengan pemanfaatan material nano dalam aplikasi LIB, ternyata dapat memberikan manfaat yang besar, yaitu dapat meningkatkan performa dari baterai. Q: Maaf, Mas… masih kurang jelas? A: Nanomaterial itu dipakainya di anoda dan katoda. Itu aslinya powder, misal materialnya MnO2 (manganese dioxide) atau LiFePO4. Misal powder-nya satu sendok, yang satu ukuran nano, yang satu non-nano, yang ukuran nano, pasti jumlahnya lebih banyak dari non-nano, Misalnya, Kang Aris punya dua ember ukuran sama. Satu diisi gundu, satu diisi sama bola tenis. Jumlah gundu pasti lebih banyak dari jumlah bola tenis. Itu analogi nya. Tapi sama-sama powder, hanya ukuran nya yang beda.
  2. Anisa Fitri M_Pertanyaan: Lebih baik mana antara LIB dan superkapasitor? A: Bicara lebih baik, tergantung dari penggunaannya. Misal saja, untuk mouse yang wireless, yang daya kecil, pakai beterai alkalin saja cukup, bisa lama juga, murah pula, kalau pakai lithium jadi tidak terlalu efektif. Kalau antara LIB dan supercapacitor juga sama seperti itu. Banyak faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan juga.

Termin 2

  1. Nur_Pertanyaan: Saya tertarik dengan b-MnO fasa. Kenapa dalam fase nanomaterial bisa terjadi interkalasi yang menghasilkan kapasitas? Apakah merubah struktur kristal?. Mohon penjelasan perubahan mekanisme interkalasinya. Terima kasih. A: Wah seru nih. Sederhananya gini, ada struktur pada fasa tertentu yang sangat padat (sempit jalurnya), sehingga Li-ion sulit untuk masuk, apalagi sampai masuk sampai ke dalam-dalam (terlebih pada ukuran bulk). Struktur kristal nya sama. Proses interkalasi juga sama. Q: Belum menjawab, jika ion pathwaynya berubah bayangan saya ada beberapa kemungkinan: perubahan lattice parameter atau perubahan spacegroup, yang mana ya kira-kira atau ada alasan lain?. A: Pada b-MnO2, proses interkalasinya ada beberapa pendapat (debatable). Namun semua menggunakan nano-sized materials. Ada yang klaim solid-solution, ada yang klaim single-phase reaction. (karena bimbingan Prof. Evvy, saya pakai istilah yang agak spesifik ya). Bahkan secara computational studies, ada klaim lain lagi. MnO2 itu walau banyak digunakan, tapi cukup tricky mekanismenya. Bahkan beta-phase dan alpha-phase juga akan terjadi perubahan spacegroup pada cycle tertentu.
  2. Anisa Fitri M_ Pertanyaan: Selain dalam skala nano untuk mendapatkan nilai capacity tinggi. Memerlukan sifat fisis/fisika yang bagaimana?. A: Perlu diketahui, nilai capacity pada LIB itu diturunkan dari seberapa banyak Li-ion yang berhasil di akomodasi. Jadi sifat fisik yang mendukung pemanfaatan optimal capacity tersebut adalah material yang physically stable saat Li-ion itu masuk. Istilahnya seperti sponge,  dia menyerap air, diperas, airnya keluar. Walau tidak sama persis seperti sponge, material tersebut sebisa mungkin kecil perubahan strukturnya.
  3. Aris_Pertanyaan: Selain ion Li, ion apa yg kinerjanya lebih baik dari Li? Li-ion ini paling kecil dan potensial nya tinggi (up to 3.6 V). Karena paling kecil, masuk ke host material (anoda dan katoda) juga mudah. Dan potensialnya tinggi pula. Saat ini mulai banyak penelitian selain Li-ion. Seperti Na-ion, K-ion, Zn-ion. Tapi sejauh ini, Li yang masih jadi “bintang”. Q: Oke Pak. Pembaharuan yg masih bisa ditingkatkan apa dari ion Li?. Kalau  menggunakan cobalt?. Maksudnya, Pak?. Material pengganti cobalt … Si cobaltnya ini… di bagaimanakan?. A: Material yang umum LiCoO2 (ada cobalt nya). Yang bisa ditingkatkan, mencari pengganti cobalt, Karena cobalt itu mahal dan beracun. LiCoO2 itu material katoda sebagai host material nya. Penggantinya ada manganese atau campuran (manganese + cobalt + nickel), Sebisa mungkin mengurangi cobalt.

Baca juga Tulang Belakang Manusia Menginspirasi Lahirnya Baterai Litium-Ion Fleksibel

 

 

Nilai Artikel Ini
Bagikan Artikel ini di:

Pupuk nano untuk masa depan

Bagikan Artikel ini di:

Gambar 1. Lahan Persawahan di Yala National Park Bangladesh [Dave Bouskill, 2010]

Miliaran orang di dunia mengkonsumsi nasi sebagai sumber karbohidrat, protein, mineral dan vitamin. Di sebagian besar negara di Asia, terutama di Indonesia, nasi menjadi makanan pokok. Di masyarakat kita, dikenal sebuah guyonan, jika belum mengkonsumsi nasi artinya belum dapat asupan makan yang layak, terlebih belum mengenyangkan. Penyediaan kebutuhan nasi (beras) berhubungan pula dengan kecukupan pemenuhan pupuk untuk menjamin keberhasilan panen. Kebutuhan akan pupuk oleh petani meningkat setiap tahunnya, termasuk untuk memenuhi kebutuhan pupuk padi. Pemakaian pupuk untuk tanaman padi (gabah) dibutuhkan dalam jumlah yang terbilang besar. Menurut BB Padi (Balai Besar Penelitian Tanaman Padi) Departemen Pertanian, kebutuhan pupuk untuk satu ton gabah padi di Indonesia setidaknya membutuhkan antara lain unsur hara Nitrogen (17,5 kg setara 39 kg Urea); unsur Fosfor (3 kg setara 9 kg SP-39) dan unsur Kalium (17 kg setara 34 kg KCl).

Kebutuhan yang cukup banyak untuk me-nutrisi satu ton gabah, utamanya unsur Nitrogen (N) yang berperan besar pada pertumbuhan tanaman, apabila diberikan terus-menerus, secara akumulatif dapat berdampak pada kualitas lingkungan, termasuk kualitas tanah dan padi itu sendiri tentunya. Terlebih Urea bersifat sangat mudah larut di dalam air. Demi mencegah dan mengatasi penurunan kualitas tanah dan tanaman akibat penggunaan pupuk, maka diperlukan suatu upaya solutif, salah satunya penggunaan teknologi pupuk tersedia lambat (slow-released fertilizer atau SRF) yang dinilai mampu meningkatkan efisiensi karena pelepasan zat hara pada pupuk dapat dilepaskan secara berkala, sehingga tanaman dapat menyerap zat hara dari pupuk secara lebih optimal.

Di Indonesia, penggunaan pupuk jenis SRF sudah diperkenalkan dan mulai digunakan, salah satunya produk zeolite prima. BPPT, seperti yang dilansir dalam berita di website resminya, juga telah melakukan upaya pengembangan produksi SRF dan saat ini telah berhasil memproduksi pupuk SRF dengan ukuran granul 2-4 mm. Namun demikian, meskipun sudah tersedianya produk komersil SRF yang digunakan dan produksi SRF tengah diupayakan, pengembangan formulasi SRF terus selalu dilakukan untuk upaya ketahanan pangan yang lebih baik, salah satunya pengembangan yang dilakukan oleh para ilmuan di Sri Lanka yang melakukan hibrida skala nano pada senyawa hidroksiapatit-urea untuk penyediaan pupuk SRF yang dapat menyuplai kebutuhan unsur nitrogen, dengan harapan nutrien dari pupuk ke tanaman tersedia dan terserap secara lebih efisien.

Gambar 2. Nanohibrida Urea (U) dan Hidroksiapatit (HA) [Kottegoda dkk, 2017 –  dengan beberapa penyesuaian]

Mari kita telisik lebih lanjut teknologi pupuk tersedia lambat (slow-released fertilizer atau SRF), yaitu nanohibrida hidroksiapatit-urea (selanjutnya akan disebut pupuk nanohibrida U-HA) dan tahap uji coba aplikasi pupuk tersebut di lahan persawahan di Sri Lanka.

Urea yang mengandung sejumlah Nitrogen (N), seperti yang telah disebutkan sebelumnya merupakan zat hara utama bagi pertumbuhan tanaman.  Sementara, Hidroksiapatit (HA) sendiri merupakan senyawa kalsium fosfat yang bersifat stabil, memiliki bioactivity dan biocompatible yang secara luas telah diaplikasikan dalam dunia medis karena sifat morfologis dan komposisinya yang mirip dengan jaringan keras (gigi dan tulang) pada manusia. Demikianlah para ilmuan kemudian menggabungkan keunggulan dari urea yang dibungkus hidroksiapaptit untuk menghasilkan pupuk tersedia lambat (slow-released fertilizer atau SRF)  nanohibrida U-HA dengan ukuran ~18 nm yang dapat menutrisi tanaman dengan senyawa nitrogen yang mampu terlepas ke lingkungan dan menutrisi tanaman secara berkala.

Gambar 3. Hasil Uji Laju Kelarutan Pupuk didalam Air Mengalir [Kottegoda dkk, 2017 –  dengan beberapa penyesuaian]

Pupuk nanohibrida U-HA melalui serangkaian uji coba, salah satunya  uji laju kelarutan pupuk dalam media air mengalir, diketahui bahwa pupuk ini membutuhkan waktu lebih lama, 63 menit, untuk melepaskan senyawa Nitrogen dibandingkan dengan Urea murni yang membutuhkan waktu lebih cepat, 5 menit. Sisa Nitrogen yang belum terlepas dalam pupuk nanohibrida, masih akan terlepas selama kurun waktu satu minggu, kurun waktu yang tentu lebih lama dibanding dengan pelepasan Nitrogen pada Urea konvensional.

Gambar 4. Hasil Uji Coba pada Lahan Pertanian di Rice RND Institute Bangladesh [Kottegoda dkk, 2017 –  dengan beberapa penyesuaian]

Pupuk nanohibrida U-HA ini kemudian dievaluasi untuk menguji kemampuan nutriennya untuk dapat terserap oleh tanaman padi di lahan persawahan Rice Research and Development Institute Bangladesh, dan membandingkannya dengan pupuk urea konvensional yang sudah banyak digunakan petani di Sri Lanka. Hasil menunjukkan dengan menggunakan setengah dari kebutuhan urea yang disarankan, yaitu 50 kg nanohibrida U-HA (T3) dapat mempertahankan hasil tanaman padi sebanyak ~7,9 ton/ hektar, hasil yang diperoleh tersebut lebih banyak dibanding dengan pemberian 100 kg Urea murni (T2). Uji kandungan NPK pada batang padi juga menunjukkan bahwa penggunaan pupuk nanohibrida U-HA mampu memberikan asupan nutrisi berupa fosfor dan kalium tanpa perlu penambahan jenis pupuk lainnya, ini dikarenakan hidroksiapatit juga telah mengandung sejumlah fosfor yang mampu memberikan nutrisi tambahan yang cukup untuk menunjang pertumbuhan tanaman. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Kottegoda dkk, pengaplikasian pupuk nanohibrida U-HA menunjukkan bahwa pelepasan nitrogen secara berkala menggunakan teknologi nano dapat dilakukan untuk menutrisi dan memperoleh hasil panen yang lebih banyak. Diharapkan kedepan hasil penelitian semacam ini akan mampu mengurangi jumlah kebutuhan pupuk kimia yang digunakan selama masa tanam, khususnya padi, serta sekaligus dapat berperan dalam menjaga keseimbangan lingkungan tanpa khawatir kekurangan suplai makanan pokok di masa mendatang.

Sumber:

[1] BB Padi Balitbangtan Kementerian Pertanian. “Pemupukan pada Tanaman Padi”. http://bbpadi.litbang.pertanian.go.id/index.php/berita/info-teknologi/content/226-pemupukan-pada-tanaman-padi  (diakses pada 20 maret 2017)

[2] BPPT. “Inovasi Teknologi Pupuk Lepas Lambat (Slow Release Fertilizer, SRF)”. http://ptseik.bppt.go.id/berita-ptseik/14-inovasi-teknologi-pupuk-lepas-lambat-slow-release-fertilizer-srf (diakses pada 16 Mei 2017)

[3] Fluidinova. “Hydroxyapatite”. http://www.fluidinova.pt/hydroxyapatite-properties-uses-and-applications (diakses pada 16 Mei 2017)

[4] Kottegoda, Nilwala dkk.“Urea-Hydroxyapatite Nanohybrids for Slow Release of Nitrogen”. ACS Nano, 2017, 11 (2), pp 1214–1221

[/um_loggedin]

 

Nilai Artikel Ini
Bagikan Artikel ini di: