Sebuah tim di Universitas Northwestern telah berhasil mengubah produk limbah industri menjadi baterai untuk menyimpan energi berkelanjutan. Inovasi ini menggunakan molekul limbah, yaitu triphenylphosphine oxide (TPPO), yang belum pernah digunakan sebelumnya dalam pengembangan baterai.
Baterai yang digunakan dalam ponsel, perangkat, dan bahkan mobil kita saat ini bergantung pada logam seperti litium dan kobalt, yang diperoleh melalui operasi penambangan yang intensif dan kadang-kadang eksploitatif. Permintaan untuk mineral penting ini diperkirakan akan melonjak dalam beberapa dekade mendatang. Sementara itu, ribuan ton TPPO, produk sampingan kimia yang dikenal, dihasilkan setiap tahun oleh banyak proses sintesis industri organik, termasuk produksi suplemen vitamin. Namun, TPPO ini biasanya dianggap tidak berguna dan harus dibuang dengan hati-hati setelah produksi.
Dalam sebuah makalah yang diterbitkan minggu lalu di Journal of the American Chemical Society, reaksi ‘one-pot’ memungkinkan para ahli kimia mengubah TPPO menjadi produk yang dapat digunakan dengan potensi kuat untuk menyimpan energi, membuka jalan bagi kelayakan masa depan jenis baterai yang telah lama dibayangkan yang disebut baterai “redox flow”.
“Penelitian baterai secara tradisional didominasi oleh insinyur dan ilmuwan material,” kata Christian Malapit, ahli kimia Northwestern dan penulis utama. “Kimiawan sintetis dapat berkontribusi pada bidang ini dengan merekayasa molekul limbah organik menjadi molekul penyimpan energi. Penemuan kami menunjukkan potensi mengubah senyawa limbah menjadi sumber daya berharga, menawarkan jalur berkelanjutan untuk inovasi dalam teknologi baterai.”
Pasar untuk baterai redox flow diperkirakan akan meningkat sebesar 15% antara 2023 dan 2030, mencapai nilai $720 juta di seluruh dunia. Berbeda dengan baterai litium dan baterai solid-state lainnya yang menyimpan energi di elektroda, baterai redox flow menggunakan reaksi kimia untuk memompa energi bolak-balik antara elektrolit, tempat energi mereka disimpan. Meskipun tidak seefisien dalam penyimpanan energi, baterai redox flow dianggap sebagai solusi yang jauh lebih baik untuk penyimpanan energi, jika tidak di ponsel kita, pada skala jaringan itu sendiri.
“Tidak hanya molekul organik dapat digunakan, tetapi juga dapat mencapai kepadatan energi tinggi—mendekati pesaing berbasis logam—bersama dengan stabilitas tinggi,” kata Emily Mahoney, kandidat Ph.D. di laboratorium Malapit dan penulis pertama makalah tersebut. “Dua parameter ini secara tradisional sulit dioptimalkan bersama, jadi dapat menunjukkan ini untuk molekul yang berasal dari limbah sangat menarik.”
Untuk mencapai kepadatan energi dan stabilitas, tim perlu mengidentifikasi strategi yang memungkinkan elektron untuk berkumpul rapat dalam larutan tanpa kehilangan kapasitas penyimpanan seiring waktu. Mereka melihat ke masa lalu dan menemukan makalah dari tahun 1968 yang menggambarkan elektrokimia fosfin oksida dan, menurut Mahoney, “mengikuti petunjuk tersebut.”
Kemudian, untuk mengevaluasi ketahanan molekul sebagai agen penyimpanan energi potensial, tim melakukan pengujian menggunakan eksperimen pengisian dan pengosongan elektrokimia statis yang mirip dengan proses pengisian baterai, menggunakan baterai, dan kemudian mengisinya lagi, berulang kali. Setelah 350 siklus, baterai mempertahankan kesehatan yang luar biasa, kehilangan kapasitas yang dapat diabaikan seiring waktu.
“Ini adalah contoh pertama penggunaan fosfin oksida sebagai komponen aktif redoks dalam penelitian baterai,” kata Malapit. “Secara tradisional, fosfin oksida yang direduksi sangat tidak stabil. Pendekatan rekayasa molekuler kami mengatasi ketidakstabilan ini, membuka jalan bagi penerapan mereka dalam penyimpanan energi.”
Inovasi ini menunjukkan potensi besar dalam mengubah limbah industri menjadi sumber daya berharga untuk penyimpanan energi. Dengan pendekatan berkelanjutan ini, tim Universitas Northwestern telah membuka jalan baru dalam teknologi baterai, menawarkan solusi yang lebih ramah lingkungan dan efisien untuk tantangan energi masa depan.
