Bayangkan baterai ponsel Anda yang bisa mengisi daya lebih cepat, bertahan lebih lama, dan tidak mudah rusak meski dipakai bertahun-tahun. Itulah mimpi yang sedang dikejar para peneliti material di seluruh dunia, termasuk oleh Dr. drg. Bambang Priyono, S.U., bersama tim dari Departemen Teknik Metalurgi dan Material Universitas Indonesia. Dalam sebuah riset yang dipublikasikan pada konferensi internasional i-TREC 2018, mereka menguji kombinasi baru material anoda untuk baterai lithium-ion: karbon teraktivasi yang dipadukan dengan silicon oxycarbide (SiOC). Hasilnya membuka peluang nyata untuk menghadirkan baterai yang lebih andal, khususnya untuk perangkat elektronik, kendaraan listrik, dan penyimpanan energi terbarukan.
Masalah Lama di Balik Baterai Modern
Baterai lithium-ion sudah lama menjadi tulang punggung teknologi masa kini. Dari ponsel hingga laptop, dari skuter listrik hingga panel surya, hampir semua bergantung pada teknologi ini. Namun ada satu kelemahan mendasar yang belum tuntas terpecahkan: material anoda berbasis silikon.
Silikon sebenarnya menyimpan potensi luar biasa. Kapasitas teoretisnya mencapai 4.200 mAh/g, jauh melampaui grafit yang selama ini jadi standar industri. Masalahnya, silikon mengembang hingga lebih dari 300% saat baterai diisi dan dikosongkan. Pengembangan sebesar itu membuat elektroda retak, kapasitas menurun, dan baterai cepat rusak.
Solusi yang ditawarkan tim peneliti ini sederhana secara konsep, tetapi rumit secara eksekusi: bungkus silikon dengan karbon. Lebih tepatnya, sintesis silicon oxycarbide (SiOC) yang kemudian dipadukan dengan karbon teraktivasi sebagai lapisan penyangga. Material komposit ini disebut SiOC@C.
Proses Panjang di Balik Serbuk Hitam
Membuat SiOC@C bukan perkara mudah. Prosesnya melibatkan dua tahap sintesis yang masing-masing membutuhkan presisi tinggi.
Karbon teraktivasi dibuat dari serbuk karbon komersial yang dipanaskan, direndam dalam larutan NaOH, lalu dipanaskan lagi dalam aliran gas nitrogen pada suhu 700°C. Setelah itu, karbon dibilas dengan larutan HCl dan air panas hingga pH mencapai 6,5. Hasilnya adalah karbon berpori dengan luas permukaan yang jauh lebih besar dari sebelumnya, dari 224,847 m²/g sebelum aktivasi menjadi 490,007 m²/g setelahnya.
Sementara itu, SiOC disintesis dari minyak silikon kaya fenil melalui proses pirolisis pada suhu 900°C di bawah aliran gas argon. Kedua material kemudian dicampurkan dengan variasi komposisi 4% dan 10% berat SiOC, lalu difabrikasi menjadi elektroda koin untuk pengujian.
Hasilnya? Serbuk hitam dengan sedikit kilap metalik yang menyimpan potensi besar.
Angka yang Berbicara Sendiri
Pengujian dilakukan menggunakan serangkaian metode karakterisasi: BET untuk mengukur luas permukaan, SEM-EDS untuk melihat morfologi, XRD untuk analisis fase kristal, serta cyclic voltammetry (CV), uji charge-discharge, dan electrochemical impedance spectroscopy (EIS) untuk performa baterai.
Sampel dengan 10% berat SiOC menunjukkan performa terbaik di hampir semua parameter. Luas permukaannya mencapai 542,738 m²/g, kapasitas discharge tertinggi 223,3 mAh/g, dan resistansi terendah sebesar 84,86 Ω. Resistansi rendah berarti konduktivitas listrik tinggi, yang artinya transfer ion litium berlangsung lebih efisien.
“The highest specific surface area, discharge capacity, and conductivity is obtained in 10wt.% SiOC sample.” — Dr. drg. Bambang Priyono, S.U., dkk., E3S Web of Conferences, 2018
Struktur berpori yang terlihat pada citra SEM juga mendukung temuan ini. Pori-pori kecil dalam material memperpendek jarak tempuh ion litium, sehingga proses pengisian dan pengosongan daya berlangsung lebih cepat.
Satu anomali menarik muncul pada C-rate rendah di sampel 7% berat, di mana kapasitas discharge justru melonjak tidak terduga hingga 247 mAh/g. Fenomena ini masih membutuhkan penjelasan lebih lanjut dan membuka ruang riset berikutnya.
Jalan Panjang Menuju Baterai yang Lebih Baik
Penelitian ini belum menghasilkan produk komersial. Para peneliti sendiri mengakui masih ada kekurangan yang perlu diperbaiki, termasuk efisiensi coulombic yang belum sempurna akibat pembentukan lapisan solid electrolyte interface (SEI) dan jebakan ion litium yang bersifat ireversibel.
Namun arah risetnya jelas: material SiOC@C adalah kandidat serius untuk menggantikan grafit sebagai anoda baterai lithium-ion generasi berikutnya. Jika tantangan teknis ini berhasil diatasi, dampaknya akan terasa luas, mulai dari perangkat elektronik konsumen, kendaraan listrik, hingga sistem penyimpanan energi dari sumber terbarukan seperti angin dan surya.
Di saat transisi energi global semakin mendesak, riset seperti ini bukan sekadar latihan akademik. Ia adalah bagian dari fondasi yang sedang dibangun agar dunia bisa benar-benar meninggalkan ketergantungan pada bahan bakar fosil.
Penulis: drg. Achmad Zam Zam Aghasy, M.Kes, Hazra Alifia Muharam
Photo: Freepik
Sumber DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/20186703027
