Sebuah temuan menarik datang dari riset yang dipublikasikan dalam IOP Conference Series: Materials Science and Engineering pada 2019. Dr. drg. Bambang Priyono, S.U., bersama tim penelitinya dari Departemen Teknik Metalurgi dan Material Universitas Indonesia, berhasil membuktikan bahwa penambahan nanorod seng oksida (ZnO) sebesar 4 persen berat ke dalam material anoda baterai lithium-ion mampu menghasilkan kapasitas penyimpanan energi tertinggi, yakni 110,2 mAh/g, sekaligus mempertahankan daya hantar listrik terbaik dibanding variasi komposisi lainnya. Riset ini dilakukan di Depok pada 2018, didanai oleh Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat Universitas Indonesia melalui skema Hibah PITTA, dan menjawab pertanyaan mendasar: seberapa banyak ZnO yang ideal untuk mendongkrak performa baterai lithium-ion generasi mendatang?
Mengapa Baterai Lithium Perlu Ditingkatkan
Baterai lithium-ion sudah lama menjadi tulang punggung perangkat elektronik sehari-hari, dari ponsel hingga kendaraan listrik. Namun material anoda konvensional yang digunakan selama ini masih memiliki keterbatasan, terutama dalam hal kecepatan pengisian dan kapasitas penyimpanan pada arus tinggi.
Salah satu kandidat material anoda yang menjanjikan adalah Li₄Ti₅O₁₂, atau yang lebih dikenal dengan singkatan LTO. Material ini dikenal stabil secara kimiawi dan aman digunakan, tetapi daya hantarnya secara alami tergolong rendah. Di sinilah ZnO berperan. Dengan menambahkan nanorod ZnO ke dalam LTO, para peneliti berharap bisa meningkatkan konduktivitas listrik sekaligus memperluas luas permukaan aktif material, sehingga ion lithium bisa bergerak lebih bebas dan cepat.
Tim peneliti menyintesis LTO menggunakan metode sol-gel solid-state, yakni proses kimia yang mengubah larutan menjadi padatan melalui serangkaian reaksi bertahap. ZnO nanorod kemudian disintesis secara terpisah, lalu dicampurkan ke dalam LTO dengan tiga variasi komposisi: 4, 7, dan 10 persen berat.
Semakin Banyak Bukan Berarti Semakin Baik
Hasil pengujian menunjukkan pola yang tidak selalu intuitif. Banyak orang mungkin mengira semakin banyak ZnO yang ditambahkan, semakin baik performa baterainya. Ternyata tidak demikian.
Pada komposisi 4 persen berat, LTO/ZnO menunjukkan luas permukaan tertinggi sebesar 75,545 m²/g, hambatan muatan (charge transfer resistance) terendah sebesar 87,70 ohm, dan kapasitas spesifik terbaik. Sebaliknya, ketika ZnO ditambah menjadi 7 dan 10 persen berat, luas permukaan justru menurun dan hambatan listrik meningkat. Pengamatan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) mengungkap penyebabnya: partikel ZnO mulai menggumpal dan membentuk aglomerat yang menutup pori-pori LTO, sehingga menghalangi pergerakan ion.
“Dengan semakin banyak konten ZnO, hal itu mempengaruhi konduktivitas sampel, dengan konduktivitas tertinggi ada pada LTO/ZnO 4 persen, sementara yang terendah ada pada LTO/ZnO 10 persen.”
Pada uji charge-discharge dengan laju arus tinggi hingga 20C, LTO/ZnO 4 persen masih mampu mempertahankan kapasitas discharge sebesar 24,87 mAh/g. Sementara LTO/ZnO 7 persen anjlok ke 8,4 mAh/g pada laju yang sama. Ini berarti baterai dengan komposisi 4 persen ZnO jauh lebih tangguh saat digunakan pada kondisi pengisian cepat, sebuah keunggulan penting untuk aplikasi kendaraan listrik dan penyimpanan energi skala besar.
Dari Laboratorium Menuju Energi Berkelanjutan
Meski kapasitas yang dicapai, yakni 110,2 mAh/g, belum menyentuh kapasitas teoritis LTO murni sebesar 175 mAh/g, penelitian ini membuktikan bahwa penambahan nanorod ZnO mampu mendorong kemampuan charge-discharge LTO hingga laju 20C. Sebelumnya, dalam eksperimen tanpa penambahan ZnO, laju tertinggi yang bisa dicapai hanya 10C.
Pencapaian ini relevan dengan kebutuhan dunia yang makin mendesak akan penyimpanan energi yang andal. Sumber energi terbarukan seperti tenaga surya dan angin bersifat tidak kontinu; dibutuhkan baterai yang mampu menyimpan dan melepaskan energi secara efisien dalam waktu singkat. Riset seperti ini menjadi salah satu batu bata dalam fondasi transisi energi global.
Bagi dunia kedokteran gigi, riset semacam ini mungkin terasa jauh dari praktik klinis sehari-hari. Namun kehadiran peneliti seperti Dr. drg. Bambang Priyono, S.U. yang melintas batas disiplin ilmu justru memperkuat posisi akademisi dari lingkungan kesehatan di panggung riset sains material internasional. Sebuah pengingat bahwa inovasi tidak selalu lahir dari tempat yang paling mudah ditebak.
Penulis: drg. Achmad Zam Zam Aghasy, M.Kes, Hazra Alifia Muharam
Photo: Pexels
Sumber DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/541/1/012030
