Produksi Baterai Natrium-Ion Berbasis Anoda Sulfida Melalui Pemurnian Garam-Air

TANTANGAN INOVASI BATERAI RAMAH LINGKUNGAN

Perkembangan efisiensi teknologi dalam produksi baterai hingga saat ini masih belum mencapai tingkat maksimal. Di sisi lain, seiring berkembangnya inovasi elektronik dan sistem penyimpanan energi, kebutuhan dan produksi baterai semakin meningkat. Menurut Energy Shift Institute (2024), kapasitas produksi baterai di dunia diperkirakan mencapai 2.800 gigawatt-hour (GWh). Meskipun produksi komposisi utama baterai (seperti nikel atau litium) terbilang cukup banyak, seiring berjalannya waktu kedua unsur tersebut akan semakin berkurang dan sulit untuk menyeimbangkan pasokan produksi baterai. Sehingga, salah satu alternatif untuk menjawab permasalahan tersebut yaitu penggantian katoda logam dengan menggunakan natrium-ion.

SOLUSI EFISIENSI BATERAI RAMAH LINGKUNGAN

Baterai natrium-ion dianggap sebagai alternatif yang menjanjikan pada sektor komersial generasi mendatang (Zhao et al, 2023). Hal tersebut dikarenakan baterai berbahan natrium lebih mudah ditemukan dan tahan lama dibandingkan dengan baterai berbahan litium atau nikel. Menurut Zarrabeitia et al (2023), baterai natrium-ion lebih ekonomis dan tahan lama untuk penggunaan daya ringan dan aplikasi stasioner besar. Terlepas dari keunggulan tersebut, baterai natrium-ion juga memiliki kelemahan tertentu seperti katoda dalam hal kepadatan energi yang kurang optimal sehingga mengakibatkan kinerja elektrokimia yang rendah.

Alternatif peningkatan kinerja elektrokimia pada baterai natrium-ion dapat dilakukan dengan pengembangan elektroda yang lebih baru dan lebih baik. Contohnya seperti penambahan anoda karbon, sianida, atau sulfida pada katoda natrium-ion (Mukherjee, 2019); dan (Karuppasamy, 2020). Hal tersebut guna meningkatkan konduktivitas elektronik, stabilitas struktural, siklus hidup, dan reversibilitas pada baterai natrium-ion. Elektroda sulfida menjadi anoda paling unggul dibandingkan dengan anoda karbon atau sianida, dikarenakan anoda sulfida memiliki kemampuan yang lebih baik dalam segi penyimpanan dan pelepasan ion natrium. 

Sebagian besar natrium bersumber dari garam NaCl pada air laut dengan konsentrasi mencapai 86 persen (Paweka, 2017). Oleh karena itu, dibutuhkan metode yang tepat guna mendapatkan natrium-ion sebagai langkah awal untuk memproduksi baterai ramah lingkungan, seperti pemurnian garam-air melalui elektrolisis natrium klorida (NaCl) dalam keadaan cair (Nurohmah, 2022). Sehingga, untuk meningkatkan efisiensi teknologi dalam produksi baterai, digunakan bahan baku natrium-ion berbasis anoda sulfida guna meningkatkan kinerja elektrokimia pada baterai.

METODE PEMURNIAN GARAM-AIR DARI AIR LAUT

Air laut mengandung banyak garam terlarut, sehingga secara teoritis dapat dimanfaatkan secara langsung sebagai elektrolit. Garam air laut bertindak sebagai kation yang berperan penting dalam reaksi elektrokimia baterai (Mulyadewi dan Khoirunnisa, 2023).

Tahap awal untuk pemurnian garam-air diawali dengan penentuan kadar air untuk mengetahui banyaknya kadar air yang terkandung dalam sampel air laut. Selanjutnya dilakukan penentuan kadar NaCl beserta zat pengotornya dengan tujuan untuk mengetahui kadar NaCl awal dari sampel garam tersebut (Gemati et al, 2013). Berikut hasil yang didapatkan berdasarkan literatur.

Tahap ini, dilakukan purifikasi natrium guna menghilangkan zat pengotor atau kontaminan yang mungkin ada, salah satu caranya yaitu dengan menambahkan Na₂CO₃ untuk menghilangkan unsur kalsium yang mendominasi zat pengotor pada sampel air laut.

Ca (s) + Na₂CO₃ (aq) → CaCO₃ (s) + 2Na (s

PEMBUATAN BATERAI NATRIUM-ION BERBASIS ANODA SULFIDA

Larutan NaCl yang didapatkan melalui pemurnian selanjutnya diekstraksi untuk memisahkan natrium dan klorida dalam larutan, menghasilkan natrium cair di katoda. Selanjutnya, natrium cair kemudian direaksikan dengan sulfur untuk membentuk senyawa polisulfida.

2Na + S₈ → Na₂Sn

Baca juga : RI Produksi Baterai, Harga Mobil Listrik Bisa Makin Murah

Di sini, n adalah jumlah atom sulfur dalam rantai polisulfida yang terbentuk. Reaksi ini menghasilkan berbagai polisulfida, tergantung pada kondisi reaksi. Mekanisme kerja baterai natrium berbasis sulfida ditujukan pada gambar berikut.

Natrium dan sulfur menyimpan energi listrik melalui energi kimia. Ketika jaringan membutuhkan lebih banyak energi listrik, maka jaringan tersebut akan mengubah energi kimia menjadi energi listrik dan melepaskannya (Wang et al, 2022).

Ketika baterai habis, setiap atom natrium melepaskan satu elektron yang membentuk ion natrium. Elektron mengambil sirkuit eksternal untuk mencapai terminal positif. Sulfur cair menggunakan elektron ini untuk membentuk polisulfida. Ion natrium yang mencapai elektroda positif menyeimbangkan aliran muatan di sisi lain. Selama siklus pengisian daya, hal sebaliknya terjadi (Caroline et al, 2022).

Dengan inovasi ini, dibutuhkan riset lebih lanjut untuk menguji kekuatan dari baterai natrium-ion secara langsung di laboratorium melalui desain baterai yang telah dirancang. Sehingga, kekurangan dari artikel ini adalah tidak bisa memastikan secara langsung kelebihan serta kinerja baterai natrium-ion berbasis anoda sulfida dalam kondisi nyata. Selain itu, riset lanjutan juga diperlukan untuk memahami lebih dalam tentang kemungkinan masalah teknis yang mungkin timbul selama siklus penggunaan, seperti degradasi elektroda atau perubahan struktural dalam sel baterai.

KESIMPULAN

Baterai natrium-ion berbasis anoda sulfida menjadi salah satu alternatif pengganti baterai berbahan litium atau nikel. Hal tersebut dikarenakan baterai natrium-ion sendiri lebih ekonomis dan memiliki siklus hidup yang panjang. Sehingga baterai natrium-ion berbasis anoda sulfida menjadi salah satu alternatif energi ramah lingkungan yang menjawab tantangan efisiensi teknologi dalam produksi baterai.

Wahyu Hidayat
Mahasiswa

Update berita dan artikel RM.ID menarik lainnya di Google News

Dapatkan juga update berita pilihan dan breaking news setiap hari dari RM.id. Mari bergabung di Grup Telegram "Rakyat Merdeka News Update", caranya klik link https://t.me/officialrakyatmerdeka kemudian join. Anda harus install aplikasi Telegram terlebih dulu di ponsel.