Jenis baterai yang pertama kali ditemukan hampir lima dekade yang lalu dapat melontarkan teknologi terdepan di bidang penyimpanan energi, berkat temuan baru oleh para periset di MIT.
Baterai, berdasarkan elektroda yang terbuat dari natrium dan nikel klorida dan menggunakan jenis baru dari membran mesh logam, dapat digunakan untuk instalasi skala jaringan untuk membuat sumber daya intermiten seperti angin dan solar yang mampu menghasilkan listrik beban dasar yang andal.
Temuan ini dilaporkan di jurnal Nature Energy , oleh sebuah tim yang dipimpin oleh profesor MIT Donald Sadoway, postdocs Huayi Yin dan Brice Chung, dan empat lainnya.
Meskipun kimia baterai dasar yang digunakan tim, berdasarkan bahan elektroda natrium cair, pertama kali dijelaskan pada tahun 1968, konsep ini tidak pernah tertangkap sebagai pendekatan praktis karena satu kelemahan yang signifikan:
Diperlukan penggunaan membran tipis untuk memisahkan cairan lelehannya. komponen, dan satu-satunya bahan yang diketahui dengan sifat yang dibutuhkan untuk membran tersebut adalah kermik rapuh dan mudah pecah.
Selaput tipis kertas ini membuat baterai terlalu mudah rusak dalam kondisi operasi di dunia nyata, jadi terlepas dari beberapa aplikasi industri khusus, sistem ini belum pernah diterapkan secara luas.
Tapi Sadoway dan timnya mengambil pendekatan yang berbeda, menyadari bahwa fungsi membran itu malah bisa dilakukan oleh jala logam berlapis khusus, bahan yang lebih kuat dan lebih fleksibel yang bisa bertahan dengan kerasnya penggunaan dalam sistem penyimpanan berskala industri.
“Saya menganggap ini sebuah terobosan,” kata Sadoway, karena untuk pertama kalinya dalam lima dekade, baterai jenis ini – yang kelebihannya meliputi bahan baku murah, berlimpah, karakteristik operasional yang sangat aman, dan kemampuan untuk menjalani banyak siklus pengisian daya tanpa degradasi – akhirnya bisa menjadi praktis.
Sementara beberapa perusahaan terus membuat baterai cair-natrium untuk penggunaan khusus, “biaya tetap tinggi karena kerapuhan membran keramik,” kata Sadoway, John F. Elliott, Profesor Bahan Kimia.
“Tidak ada yang benar-benar dapat membuat proses itu berjalan,” termasuk GE, yang menghabiskan hampir 10 tahun mengerjakan teknologi sebelum meninggalkan proyek tersebut.
Saat Sadoway dan timnya mengeksplorasi berbagai pilihan komponen yang berbeda dalam baterai berbasis logam cair, mereka terkejut dengan hasil salah satu tes mereka dengan menggunakan senyawa timbal.
“Kami membuka sel dan menemukan tetesan” di dalam ruang uji, yang “seharusnya merupakan tetesan timah cair,” katanya.
Tapi alih-alih bertindak sebagai membran, seperti yang diharapkan, bahan majemuk “bertindak sebagai elektroda,” secara aktif mengambil bagian dalam reaksi elektrokimia baterai.
“Itu benar-benar membuka mata kita terhadap teknologi yang sama sekali berbeda,” katanya. Membran telah melakukan perannya – selektif membiarkan molekul tertentu melewatinya sementara menghalangi yang lain – dengan cara yang sama sekali berbeda, menggunakan sifat elektriknya daripada sortasi mekanis yang khas berdasarkan ukuran pori-pori dalam material.
Pada akhirnya, setelah bereksperimen dengan berbagai senyawa, tim menemukan bahwa mesh baja biasa yang dilapisi dengan larutan titanium nitrida dapat melakukan semua fungsi membran keramik yang sebelumnya digunakan, namun tanpa kerapuhan dan mudah pecah.
Hasilnya bisa memungkinkan seluruh keluarga bahan murah dan tahan lama praktis untuk baterai isi ulang berskala besar.
Penggunaan jenis membran baru dapat diterapkan pada berbagai macam kimia baterai elektroda cair, katanya, dan membuka jalan baru untuk desain baterai.
“Fakta bahwa Anda dapat membangun jenis baterai sodium-sulfur, atau baterai jenis sodium / nikel-klorida, tanpa menggunakan keramik rapuh dan mudah pecah – yang mengubah segalanya,” katanya.
Sadoway memperingatkan bahwa baterai semacam itu tidak sesuai untuk beberapa kegunaan utama, seperti mobil atau telepon.
Titik kuat mereka adalah instalasi besar dan tetap dimana biaya sangat penting, namun ukuran dan beratnya tidak, seperti perataan beban skala utilitas.
Dalam aplikasi tersebut, teknologi baterai murah berpotensi memberikan persentase sumber energi terbarukan berspekulasi yang jauh lebih besar untuk menggantikan sumber daya yang selalu tersedia, yang sekarang didominasi oleh bahan bakar fosil.
