Topik tersebut adalah mengenai nanoteknologi untuk baterai yang disampaikan oleh Afriyanti Sumboja, Ph.D., selaku dosen sekaligus peneliti Prodi Teknik Material Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara (FTMD) ITB.

Afriyanti Sumboja merupakan seorang dosen berperestasi ITB yang telah meraih banyak penghargaan dan mempublikasikan berbagai jurnal-jurnal berlevel internasional di usianya yang masih muda. Tahun lalu beliau berhasil menyabet penghargaan dalam World Ranking Scientists dan masuk ke dalam daftar “Top 2% World Ranking Scientists”. Topik penelitian yang digelutinya saat ini banyak berkaitan dengan pengembangan baterai lithium melalui penerapan nanoteknologi.

Menurut Afriyanti, disampaikan dalam pemaparannya, nanoteknologi adalah bagaimana cara kita mendesain, memproduksi, mengkarakterisasi, ataupun mengaplikasikan material nano yang memiliki perubahan karakter material dalam ukuran nano tersebut.

Material dikatakan berukuran nano pada saat material tersebut setidaknya memiliki satu dimensi yang berukuran di bawah 100 nm. Dalam ukuran tersebutlah material nano mengalami perubahan sifat fisiknya sehingga bisa diaplikasikan untuk kepentingan engineering.

Baterai memiliki dua fungsi kerja utama yaitu sebagai alat penyimpan energi sekaligus alat pengkonversi energi. Baterai harus memiliki kemampuan untuk menyimpan energi dalam bentuk energi kimia pada saat diisi. Saat digunakan, baterai mampu mengkonversi energi kimia tersebut menjadi energi listrik dan mengalirkannya ke alat.
Dewasa ini banyak penelitian yang mengembangkan baterai dengan tujuan untuk meningkatkan densitas energi pada baterai sehingga dapat digunakan untuk menyuplai energi yang lebih besar. Misalnya untuk suplai energi pada kendaraan listrik atau bahkan untuk menyimpan energi dari sumber daya energi terbarukan.

Afriyanti menjelaskan bahwa untuk meningkatkan densitas energi pada baterai terdapat dua cara yang bisa dilakukan. Pertama adalah dengan meningkatkan kapasitasnya sehingga dapat menyimpan ion-ion litium dalam jumlah yang lebih banyak.

Cara kedua yaitu meningkatkan voltase baterai. Kedua cara tersebut dapat dilakukan melalui rekayasa anoda dan katoda sehingga mencapai karakter baterai yang diharapkan.

Pada katoda perlu dibuat suatu material yang mampu menyimpan ion-ion litium dalam jumlah yang besar serta memiliki voltase yang tinggi. Jumlah katoda pada baterai pun harus memakan persentase yang lebih banyak dalam dimensi volume baterai.

Sementara pada anoda juga perlu dibuat material yang mampu menyimpan ion litium dalam jumlah yang lebih banyak, namun membutuhkan voltase yang lebih rendah. Dengan demikian volume anoda pada dimensi baterai pun dibuat menjadi lebih sedikit.

Bagaimanakah peran nanoteknologi dalam pengembangan baterai di masa depan? Menurut Afriyanti, dibuktikan melalui penelitian bersama timnya, penerapan nanoteknologi pada baterai mampu mempersingkat waktu pengisian baterai. Hal ini dapat dicapai karena nanomaterial membuat jarak tempuh perpindahan ion dapat diperpendek sehingga waktu perpindahan ion pun lebih singkat saat berdifusi.

Selain itu karakteristik material nano yang memiliki luas permukaan yang besar membuat proses penyerapan ion pada baterai dapat berlangsung lebih cepat.
Secara termodinamika, memperkecil material dapat mengubah potensial terjadinya reaksi pada baterai.

Nanoteknologi pun membuat baterai lebih tahan secara fisik dan tidak mudah bocor. Dengan memperkecil material, Afriyanti menegaskan, kapasitas baterai dapat meningkat.

Material yang memiliki kapasitas tinggi dan dapat diterapkan sebagai anoda adalah material silicon (Si) yang memiliki kapasitas hingga 10 kali lebih besar daripada grafit yang saat ini digunakan sebagai anoda pada baterai.

Namun kelemahan dari silicon adalah ia mudah pecah pada saat menyerap banyak litium. Oleh karena itu penelitian yang dilakukan oleh Arfiyani dan timnya membuat suatu rekayasa silicon dengan melakukan polymer coating pada silikon berupa Si-poluaniline nanowire. Penelitian ini membuahkan hasil berupa baterai yang mampu bertahan hingga 350 cycle dan bisa digunakan pada arus listrik yang tinggi. Kendati demikian, pengembangan atas penelitian tersebut tetap dilakukan untuk lebih mengoptimalkan nanoteknologi dalam baterai.

Reporter: Andri Maulana (Teknik Pertambangan, 2020)