Para ilmuwan telah menciptakan baterai proton isi ulang yang pertama kali bekerja di dunia. Ini dirancang sebagai alternatif ramah lingkungan untuk baterai lithium ion – dan bahkan bisa menyimpan lebih banyak energi daripada baterai lithium ion yang tersedia saat ini dengan perkembangan lebih lanjut.
Aplikasi potensial untuk baterai proton termasuk penyimpanan listrik rumah tangga dari panel surya fotovoltaik, seperti yang dilakukan saat ini oleh ‘Power Wall’ Tesla yang menggunakan baterai lithium ion.
Dengan beberapa modifikasi dan peningkatan, teknologi baterai proton juga dapat digunakan untuk penyimpanan berskala menengah pada jaringan listrik – seperti baterai lithium raksasa di Australia Selatan – serta menyalakan kendaraan listrik.
Prototipe proton yang bekerja menggunakan elektroda karbon sebagai penyimpanan hidrogen, ditambah dengan sel bahan bakar reversibel untuk menghasilkan listrik.
Ini adalah elektroda karbon ditambah proton dari air yang memberi baterai sebagai sumber energi, energi dan potensi ekonomi, kata pemimpin peneliti Profesor John Andrews.
“Kemajuan terbaru kami adalah langkah penting menuju baterai proton murah yang berkelanjutan yang dapat membantu memenuhi kebutuhan energi masa depan tanpa merusak lingkungan kita yang sudah rapuh,” kata Andrews.
“Seiring dunia bergerak menuju variabel yang inheren energi terbarukan untuk mengurangi emisi rumah kaca dan mengatasi perubahan iklim, persyaratan untuk penyimpanan energi listrik akan sangat besar.
“Baterai proton adalah salah satu di antara banyak kontributor potensial untuk memenuhi permintaan penyimpanan energi yang sangat besar ini. Memberi daya baterai dengan proton berpotensi lebih ekonomis daripada menggunakan ion lithium, yang terbuat dari sumber daya yang mengkhawatirkan.
“Karbon, yang merupakan sumber utama yang digunakan dalam baterai proton kami, berlimpah dan murah dibandingkan dengan paduan penyimpanan hidrogen logam, dan lithium yang dibutuhkan untuk baterai lithium ion yang dapat diisi ulang.”
Selama pengisian, karbon pada ikatan elektroda dengan proton dihasilkan. dengan memisahkan air dengan bantuan elektron dari catu daya. Proton dilepaskan lagi dan melewati kembali sel bahan bakar reversibel untuk membentuk air dengan oksigen dari udara untuk menghasilkan tenaga. Tidak seperti bahan bakar fosil, karbon tidak dibakar atau menyebabkan emisi dalam prosesnya.
Percobaan para periset menunjukkan bahwa baterai proton kecil mereka, dengan luas permukaan dalam yang aktif hanya 5,5 sentimeter persegi, sudah mampu menyimpan sebanyak energi per satuan massa seperti baterai lithium ion yang tersedia secara komersial. Ini sebelum baterai dioptimalkan.
“Pekerjaan masa depan sekarang akan berfokus pada peningkatan kinerja dan kerapatan energi lebih lanjut melalui penggunaan bahan lapisan tipis atomik berbasis karbon seperti graphene, dengan target baterai proton yang benar-benar bisa bersaing dengan baterai lithium ion yang sudah berjalan,” kata Andrews.
Cara Kerja
Cara kerja baterai proton Prototip menggabungkan aspek terbaik dari sel bahan bakar hidrogen dan daya listrik berbasis baterai.
Versi terbaru menggabungkan elektroda karbon untuk penyimpanan solid state hidrogen dengan sel bahan bakar reversibel untuk menyediakan unit isi ulang yang terintegrasi.
Keberhasilan penggunaan elektroda yang terbuat dari karbon aktif dalam baterai proton merupakan langkah maju yang signifikan dan dilaporkan dalam International Journal of Hydrogen Energy .
Selama pengisian, proton yang dihasilkan oleh pemisahan air dalam sel bahan bakar reversibel dilakukan melalui membran sel dan langsung terikat dengan bahan penyimpan dengan bantuan elektron yang disuplai oleh voltase yang diberikan, tanpa membentuk gas hidrogen.
Dalam mode suplai listrik proses ini dibalik; atom hidrogen dilepaskan dari penyimpanan dan kehilangan elektron menjadi proton sekali lagi. Proton ini kemudian melewati membran sel dimana mereka bergabung dengan oksigen dan elektron dari sirkuit eksternal untuk membentuk kembali air.
Keuntungan potensial utama dari baterai proton adalah efisiensi energi jauh lebih tinggi daripada sistem hidrogen konvensional, membuatnya sebanding dengan baterai lithium ion. Kerugian yang terkait dengan evolusi gas hidrogen dan pemisahan kembali menjadi proton telah dihilangkan.
Beberapa tahun yang lalu tim RMIT menunjukkan bahwa baterai proton dengan elektroda logam alloy untuk menyimpan hidrogen bisa bekerja, namun kemampuan reversibel dan pengisiannya terlalu rendah. Juga paduan yang digunakan mengandung unsur bumi yang jarang, berat dan mahal harganya.
Hasil percobaan terbaru menunjukkan bahwa elektroda karbon aktif berpori yang terbuat dari resin fenolik mampu menyimpan sekitar 1% berat hidrogen di elektroda. Ini adalah energi per satuan massa yang sudah sebanding dengan baterai lithium ion yang tersedia secara komersil, meski baterai proton masih jauh dari dioptimalkan. Tegangan sel maksimum adalah 1,2 volt.
