Baterai lithium-sulfur memiliki densitas energi teoretis yang tinggi, serta menjanjikan karena ketersediaan sulfur yang melimpah dan berbiaya rendah.

Beijing, China (Xinhua/Indonesia Window) – Para peneliti China telah mengembangkan pendekatan baru untuk meningkatkan performa baterai lithium-sulfur secara signifikan, sebuah terobosan yang suatu hari nanti dapat memungkinkan drone terbang dengan jarak tempuh yang lebih jauh dalam sekali pengisian daya.

Penelitian tersebut, yang baru-baru ini diterbitkan di jurnal Nature, membuka jalan baru menuju baterai yang lebih tahan lama dan lebih bertenaga untuk penerbangan ketinggian rendah (low-altitude) dan bidang-bidang lainnya.

Sebagian besar drone konvensional saat ini mengandalkan baterai lithium-ion, yang sudah mendekati batas kapasitas densitas energinya. Densitas energi tersebut, yaitu jumlah energi yang tersimpan per satuan berat, umumnya berada di bawah 300 watt-jam per kilogram, sehingga menimbulkan "kecemasan akan jangkauan" (range anxiety) yang membatasi durasi penerbangan.

Baterai lithium-sulfur dianggap sebagai alternatif yang menjanjikan karena densitas energi teoretisnya yang tinggi, serta ketersediaan sulfur yang melimpah dan berbiaya rendah. Namun, dalam praktiknya, baterai ini menghadapi kendala besar. Pasalnya, selama proses pengisian dan pengosongan daya, sulfur menjalani proses kimia kompleks yang menghasilkan banyak senyawa antara (intermediate) yang mudah larut. Senyawa-senyawa antara ini cenderung melarut, sehingga memperlambat reaksi, dan membuang-buang energi.

Sebuah tim yang dipimpin oleh Tsinghua Shenzhen International Graduate School (Tsinghua SIGS) mengusulkan solusi baru dengan memperkenalkan konsep ‘premediator’ untuk elektrokimia sulfur.

"Anggap saja sebagai senyawa aditif khusus yang tertidur di dalam baterai sampai saatnya diperlukan. Saat reaksi sulfur dimulai, senyawa aditif itu terbangun tepat di lokasi reaksi berlangsung dan mulai bekerja," papar Zhou Guangmin, peneliti di Tsinghua SIGS.

Setelah aktif, molekul ini akan mengikat senyawa antara yang mudah larut dan mencegahnya melarut. Molekul tersebut juga membantu menciptakan jalur cepat bagi reaksi-reaksi listrik, sehingga membuat keseluruhan proses menjadi jauh lebih lancar dan efisien, ujar Zhou.

Tim tersebut juga mendesain ulang jaringan reaksi pada tingkat molekuler. Molekul yang baru dikembangkan ini mampu mengurangi resistansi internal baterai sebesar 75 persen dibandingkan dengan desain konvensional. Dalam uji coba, baterai baru tersebut beroperasi secara stabil selama 800 siklus pengisian dan pengosongan daya, dengan mempertahankan hampir 82 persen kapasitasnya. Yang lebih mengesankan, tim tersebut berhasil membuat prototipe sel kantong (pouch cell) praktis dengan densitas energi sebesar 549 watt-jam per kilogram, hampir dua kali lipat dari kebanyakan baterai drone standar yang digunakan saat ini.

"Bagi drone, hal ini sangat penting. Densitas energi yang lebih tinggi berarti durasi terbang yang lebih lama, kapasitas muatan yang lebih besar, dan jangkauan operasional yang lebih luas. Drone pengiriman dapat terbang lebih jauh untuk mengantarkan paket. Drone inspeksi jaringan listrik dapat menjangkau lebih banyak menara dalam sekali jalan. Drone pencarian dan penyelamatan dapat bertahan di udara lebih lama saat setiap menit sangat berharga," papar Zhou.

Tim tersebut meyakini strategi desain molekuler mereka juga dapat diterapkan pada bidang-bidang lain, termasuk baterai alir (flow battery), baterai lithium-logam, dan bahkan proses daur ulang baterai langsung.

Laporan: Redaksi