Saat ini, Smartphone sudah menjadi bagian yang tak terpisahkan dari kehidupan masyarakat. Hampir seluruh lapisan masyarakat menggunakan smartphone dalam menjalankan berbagai kegiatan. Mengutip dari Statista, tahun 2018 pengguna smartphone di seluruh dunia mencapai 2,53 milliar, dan diproyeksikan menjadi 2,87 miliar tahun 2020. Sedangkan pada pertengahan 2018, penduduk bumi mencapai sekitar 7,62 milliar jiwa. Artinya, sekitar 33% penduduk bumi saat ini menggunakan Smartphone.
Kebanyakan baterai smartphone saat ini berkapasitas sekitar 3000-4000 mAh untuk menunjang pemakaiannya. Sebagai perbandingan, kapasitas satu buah baterai AA berkisar antara 1700-2900 mAh. Ini berarti kapasitas baterai smartphone yang beredar tidak jauh beda dengan dua baterai yang umum digunakan pada remote TV. Tetapi karena penggunaanya dalam jumlah besar, maka tentu smartphone telah ikut menambah jumlah konsumsi listrik di dunia. Dengan vitalnya peran smartphone dalam kehidupan masyarakat tentu banyak aspek kegiatan yang melibatkan smartphone. Tak jarang hal tersebut membuat smartphone menjadi cepat kehabisan daya dan harus segera diisi ulang.
Saat ini ada powerbank untuk solusi pengisian baterai smartphone bila berada di tempat terbuka ataupun tidak menemukan stop kontak. Namun pengisian baterai powerbank juga membutuhkan waktu. Disisi lain kebanyakan powerbank saat ini memiliki kapasitas daya yang sangat besar hingga diatas 15000mAh. Hal ini dapat membebani baterai sehingga dapat memperpendek usia baterai Smartphone itu sendiri.
Triboelektrifikasi
Efek triboelektrik atau elektrifikasi kontak adalah sebuah fenomena eksperimental dimana ketika 2 permukaan material dielektrik yang memiliki tingkat fermi yang berbeda bergesekan akan menimbulkan sebuah transfer energi listrik. Material dielektrik sendiri adalah bahan yang bersifat isolator, namun dapat dikutubkan dengan cara diberikan muatan listrik pada bahan tersebut sehingga bahan tersebut dpat digunakan untuk menyimpan muatan listrik dalam jumlah tertentu. Sedangkan Tingkat Fermi adalah tingkat energi tertinggi dari pita valensi. Sebenarnya fenomena ini nampak dalam kehidupan sehari-hari seperti rambut tertarik oleh balon yang digesek pada kain, namun penyebab dan mekanisme detail dari terjadinya efek triboelektrik masih menjadi perdebatan di kalangan peneliti, apakah terjadi perpindahan ion, elektron, atau bahkan serpihan partikel dari satu permukaan menuju permukaan lainnya.
Akan tetapi, sebuah penelitian yang dilakukan oleh peneliti gabungan dari Kansas State University dan University at Buffalo berhasil menemukan dan mensimulasikan bagaimana ketika dua lempeng material yang berbeda yakni kristal Barium titanate (BaTiO3) dan magnesia (MgO) saling bergesekan dan menghasilkan muatan listrik dan menemukan penyebab dari terjadinya hal tersebut.
Kontak Permukaan Adalah Inti
Gambar 1. Pengaturan awal Lempengan MgO (atas) dan Lempengan BaTiO3 (bawah). Jarak dalam Angstrom di sepanjang sumbu Y
Penelitian yang didukung oleh U.S National Science Foundation ini mengungkapkan bahwa fenomena triboelektrifikasi yang terjadi pada dielektrik dikaitkan dengan kontak permukaan yang diinduksi oleh deformasi dari kisi lapisan permukaan yang membentuk dipol-dipol ketika bergesekan. Kisi Lapisan permukaan adalah susunan atom, ion, atau molekul tiga dimensi yang berulang secara teratur dalam kristal lapisan permukaan. Sedangkan dipol berarti dipolar / dua polar, Sehingga dipol adalah senyawa yang memiliki kutub positif di satu sisi dan kutub negatif di sisi lainnnya.
Kemudian tim peneliti menggunakan teori AFT (Atomistic Field Theory) untuk menghitung distribusi dari polarisasi akibat fenomena tersebut. Polarisasi adalah peristiwa pergerakan elektron, ion, dan molekul-molekul polar pada dielektrik karena adanya medan listrik. Untuk mensimulasikan bagaimana terjadinya deformasi pada kisi permukaan dari kontak kedua lempengan, tim peneliti menggunakan simulasi MD (Molecular Dynamic). Berbeda dengan piezoelektrik dimana listrik akan muncul dengan perlakuan tekanan, pada triboelektrifikasi muatan listrik terjadi karena pengaruh pembentukan dipol-dipol pada kisi permukaan dan gerakan atom atomnya. dengan kata lain, semakin dekat jarak kedua lempengan dan semakin dinamis gerakan atom-atomnya, akan semakin besar muatan listrik yang dihasilkan.
Gambar 2. Evolusi potensi listrik: (1) kondisi awal, (2) kemiringan MgO blok karena tarikan, (3) celah terkecil, (4) setelah kesetimbangan akhir.
Dapat Dimanfaatkan Untuk Memanen Listrik di Masa Mendatang
Dalam paper yang diterbitkan dalam Journal of Electrostatics vol. 96 tersebut, tim peneliti mengatakan mekanisme mendetailnya masih kurang dipahami. Tetapi penemuan ini telah menjadi inti dari beberapa aplikasi yang berbeda. Salah satunya yakni disebut Triboelectric Nanogenerators (TENGs), TENGs mampu memanen energi listrik dari energi mekanik dengan kepadatan energi yang tinggi.
Gambar 3. Evolusi perbedaan potensial listrik di sepanjang arah Y.
Meskipun dalam eksperimen perbedaan potensial yang terjadi antar kedua lempengan tidak terlalu besar, namun berdasarkan perhitungan, tribopair MgO dan BaTiO3Â dapat mencapai perbedaan potensial sebesar 104 V/cm2, sehingga kedepannya fenomena triboelektrifikasi dapat diterapkan secara luas. Sebagai perbandingan, beda potensial minimal yang dapat digunakan untuk mengisi baterai smartphone kebanyakan saat ini adalah 5 V. Contoh dari pemanfaatan nya nya seperti pada kontak antara ujung jari dengan layar smartphone, dimana listrik statis tubuh bisa dimanfaatkan untuk mengisi daya baterai smartphone dan berbagai perangkat elektronik yang kita gunakan sehari hari.
Referensi :
[1]  Chen et al. 2018.  Atomistic Field Theory for contact electrification of dielectrics.  Diakses dari :
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304388618302171Â pada tanggal 5 Februari 2019
