Di tengah meningkatnya kebutuhan dunia akan sumber energi yang bersih, tahan lama, dan aman, para ilmuwan berlomba menciptakan teknologi penyimpanan energi yang tidak hanya efisien tetapi juga terjangkau. Salah satu kandidat yang semakin banyak dibicarakan adalah baterai seng udara. Baterai ini menarik perhatian karena mampu menyimpan energi dalam jumlah besar, menggunakan material yang relatif murah, dan mengandalkan oksigen dari udara sebagai salah satu komponennya. Namun seperti teknologi lain, baterai jenis ini memiliki kelemahan yang cukup besar, terutama pada bagian elektrodanya.
Sebuah penelitian terbaru yang dipublikasikan di Chemistry – A European Journal tahun 2025 memberikan angin segar bagi masa depan baterai seng udara. Tim peneliti yang dipimpin oleh Jialu Wei menemukan cara untuk meningkatkan performa baterai ini dengan memanfaatkan material perovskit yang dikombinasikan dengan nanopartikel kobalt rutenium serta struktur karbon nitrogen kobalt. Meski terdengar rumit, inti dari penelitian ini adalah menciptakan bahan baru yang mampu membuat baterai bekerja lebih efisien dan lebih lama.
Untuk memahami terobosan ini, kita perlu melihat sedikit lebih dekat bagaimana baterai seng udara bekerja. Baterai ini menghasilkan listrik melalui reaksi kimia antara seng dan oksigen dari udara. Dua reaksi utama berlangsung di dalamnya. Reaksi pertama adalah reaksi reduksi oksigen yang terjadi ketika baterai menghasilkan energi. Reaksi kedua adalah reaksi evolusi oksigen yang berperan ketika baterai diisi kembali. Kedua reaksi ini menuntut keberadaan katalis yang kuat dan stabil. Katalis bekerja layaknya juru bantu yang mempercepat reaksi kimia tanpa ikut habis bereaksi. Permasalahannya ialah katalis konvensional masih memiliki kelemahan seperti cepat rusak atau kurang efisien untuk salah satu dari dua reaksi tersebut.
Baca juga artikel tentang: Nyquist Sampling Rate: Fondasi Pengolahan Sinyal Digital
Pada penelitian ini, para ilmuwan mencoba mengatasi kendala tersebut dengan menciptakan bahan katalis bifungsional. Disebut bifungsional karena mampu bekerja untuk dua reaksi sekaligus yaitu reduksi oksigen dan evolusi oksigen. Kunci inovasinya adalah material perovskit, sejenis struktur kristal yang sering digunakan dalam riset energi karena memiliki sifat elektronik yang unik. Namun perovskit saja belum cukup kuat untuk menghasilkan performa optimal. Oleh sebab itu para peneliti memasukkan nanopartikel kobalt rutenium ke dalam struktur perovskit melalui proses yang disebut eksolusi. Eksolusi dapat diibaratkan sebagai proses menarik keluar partikel logam dari dalam material sehingga menghasilkan nanopartikel yang menempel sangat kuat pada permukaan perovskit.
Kehadiran nanopartikel kobalt rutenium ini ternyata meningkatkan jumlah titik aktif pada perovskit, yaitu area tempat reaksi kimia dapat berlangsung secara efisien. Dengan semakin banyak titik aktif, reaksi oksigen berjalan lebih cepat dan stabil. Namun para ilmuwan tidak berhenti sampai di situ. Mereka juga menambahkan material karbon nitrogen kobalt sebagai lapisan pelengkap. Lapisan ini membantu mempertahankan kestabilan material sekaligus meningkatkan aktivitas elektrokimia secara sinergis. Dengan kata lain tiga komponen ini yaitu perovskit, nanopartikel kobalt rutenium, dan struktur karbon nitrogen kobalt saling bekerja sama memperkuat satu sama lain.
Hasilnya cukup mencengangkan. Katalis baru yang diberi nama Co–N–C–PBMCRO ini mampu menghasilkan kinerja yang jauh lebih tinggi dibandingkan katalis perovskit konvensional. Baterai seng udara yang menggunakan katalis ini dapat mencapai kerapatan daya puncak sekitar 90 miliwatt per sentimeter persegi. Selain itu baterai ini mampu digunakan secara stabil selama 788 jam. Angka ini menunjukkan peningkatan yang signifikan dan menjadi bukti bahwa pendekatan material komposit yang digunakan memang berhasil.
Dari sudut pandang praktis, penelitian ini memberikan harapan besar bagi pengembangan baterai energi ramah lingkungan. Selama ini baterai lithium ion mendominasi pasar karena performanya tinggi dan sudah matang secara teknologi. Namun baterai lithium ion memiliki keterbatasan seperti ketergantungan pada logam langka dan risiko keamanan akibat mudah terbakar. Baterai seng udara hadir sebagai alternatif yang lebih aman dan lebih mudah diproduksi pada skala besar karena seng adalah material yang berlimpah dan murah.
Jika baterai seng udara dapat dibuat lebih efisien dan tahan lama, teknologi ini berpeluang digunakan untuk berbagai aplikasi penting. Di masa depan baterai jenis ini mungkin dapat dipakai pada kendaraan listrik, penyimpanan energi skala besar untuk sistem energi terbarukan, hingga perangkat elektronik harian. Semua ini tentu sangat bergantung pada kemampuan para ilmuwan mengatasi hambatan teknologinya.
Terobosan yang dicapai dalam penelitian ini memperlihatkan bahwa pendekatan multidisiplin dalam pengembangan material akan semakin diperlukan. Kombinasi antara kimia material, teknik elektro, dan ilmu permukaan memungkinkan terciptanya struktur komposit cerdas yang tidak terpikirkan sebelumnya. Lebih jauh lagi riset ini juga menunjukkan bahwa inovasi tidak selalu harus fokus pada komponen utama baterai. Sering kali perbaikan pada bagian kecil seperti katalis justru memberikan peningkatan performa paling besar.
Meski demikian masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan. Salah satu tantangan ke depan adalah memastikan bahwa material katalis baru ini dapat diproduksi secara massal tanpa biaya yang terlalu tinggi. Penelitian lanjutan juga perlu menguji ketahanan baterai dalam kondisi penggunaan nyata seperti perubahan suhu, kelembapan, dan siklus pengisian yang lebih ekstrem. Selain itu penting juga untuk memahami apakah ada risiko lingkungan dari penggunaan logam seperti rutenium dalam jangka panjang.
Namun secara keseluruhan penelitian ini memberikan arah baru bagi pengembangan baterai seng udara. Dengan pendekatan material inovatif, para ilmuwan sudah menunjukkan bahwa batasan kinerja baterai jenis ini dapat didorong lebih jauh. Jika inovasi semacam ini terus berlanjut kita mungkin akan melihat baterai seng udara menjadi salah satu pilar penting dalam transisi energi global.
Baca juga artikel tentang: Luaran Sensor: Apakah Arus atau Tegangan yang Lebih Baik?
REFERENSI:
Wei, Jialu dkk. 2025. In Situ Construction of Perovskite Pr0.5Ba0.5Mn0.8Co0.1Ru0.1O2.5+δ/CoRu Nanoparticles with Co–N–C Composite Enabling Efficient Bifunctional Electrocatalyst for Zinc-Air Batteries. Chemistry–A European Journal 31 (1), e202403445.
