Baterai Iron-Air Alternatif Hemat Biaya untuk Lithium-Ion

Baterai iron-air merupakan alternatif potensial terhadap baterai lithium-ion tradisional dan jenis baterai isi ulang lainnya. Mereka bekerja dengan menggunakan oksigen dari udara sebagai katoda dan besi sebagai anoda. Ini menciptakan reaksi kimia yang menghasilkan listrik.

Salah satu keunggulan utama baterai iron-air adalah kepadatan energinya yang tinggi. Baterai ini memiliki potensi untuk menyimpan energi hingga 10 kali lebih banyak dibandingkan baterai lithium-ion tradisional, menjadikannya alternatif yang cocok untuk aplikasi penyimpanan energi berskala besar seperti kendaraan listrik dan penyimpanan jaringan listrik.

Baterai besi-udara juga relatif murah untuk diproduksi, karena bahan utama yang digunakan adalah besi dan oksigen yang melimpah dan murah. Selain itu, bahan ini memiliki umur yang panjang dan mampu menahan suhu tinggi dan lingkungan yang keras, menjadikannya ideal untuk aplikasi luar ruangan dan industri.

Namun, ada juga beberapa tantangan yang harus diatasi dengan baterai besi-udara, seperti kebutuhan akan sistem difusi oksigen yang efisien dan pengembangan katalis berbasis besi yang lebih tahan lama dan stabil. Terlepas dari tantangan ini, para peneliti dan perusahaan secara aktif berupaya meningkatkan teknologi dan menjadikan baterai iron-air sebagai alternatif yang layak dibandingkan baterai tradisional.

Apa itu baterai besi-udara?

Baterai besi-udara, juga dikenal sebagai baterai besi-udara atau besi-oksigen, menggunakan besi sebagai anoda (elektroda negatif) dan oksigen sebagai katoda (elektroda positif). Elektrolit, yaitu zat yang memfasilitasi pergerakan ion di antara elektroda, biasanya berupa larutan kalium hidroksida dalam air.

Selama pengoperasian, anoda besi bereaksi dengan oksigen dari udara membentuk oksida besi (FeO) dan elektron. Elektron mengalir melalui sirkuit eksternal ke katoda, tempat elektron bereaksi dengan oksigen membentuk air (H2O). Hal ini menciptakan aliran ion antara elektroda, menciptakan arus.

Reaksi keseluruhan dapat direpresentasikan dengan persamaan berikut:

Fe + O2 + 2OH- → Fe(OH)2 + 2e-

Komponen-komponen baterai besi udara antara lain:

Anoda besi: Ini adalah elektroda negatif baterai, yang bereaksi dengan oksigen membentuk oksida besi dan elektron.

Katoda oksigen: Ini adalah elektroda positif baterai, yang bereaksi dengan elektron dan ion dari anoda membentuk air.

Elektrolit: Ini adalah zat yang memfasilitasi pergerakan ion antar elektroda. Biasanya merupakan larutan kalium hidroksida dalam air.

Sirkuit eksternal: Ini menghubungkan elektroda dan memungkinkan elektron mengalir melaluinya, menciptakan arus.

Kolektor saat ini: Ini adalah bahan konduktif yang digunakan untuk mengumpulkan elektron dari anoda dan mentransfernya ke rangkaian eksternal.

Pemisah: Ini adalah bahan yang memisahkan anoda dan katoda, mencegah keduanya saling bersentuhan dan menyebabkan korsleting.

Baterai iron-air memiliki kepadatan energi yang tinggi dan biaya produksi yang relatif murah, menjadikannya teknologi yang menjanjikan untuk aplikasi penyimpanan energi skala besar. Namun, umurnya relatif pendek dan tidak seefisien baterai jenis lain, seperti baterai litium-ion.

Keuntungan dari baterai besi udara

Kepadatan energi yang tinggi: Baterai iron-air memiliki kepadatan energi yang tinggi, artinya dapat menyimpan energi dalam jumlah besar dalam ruang yang kecil. Hal ini menjadikannya ideal untuk digunakan pada perangkat portabel dan kendaraan listrik.

Umur panjang: Baterai iron-air memiliki umur yang panjang, dengan beberapa perkiraan menunjukkan bahwa baterai tersebut dapat bertahan hingga 20 tahun. Hal ini menjadikannya pilihan hemat biaya untuk penyimpanan energi jangka panjang.

Ramah lingkungan: Baterai iron-air terbuat dari bahan yang tersedia dan tidak beracun dan tidak menghasilkan emisi berbahaya selama pengoperasian. Hal ini menjadikannya pilihan yang ramah lingkungan untuk penyimpanan energi.

Efisiensi tinggi: Baterai iron-air sangat efisien, dengan efisiensi bolak-balik hingga 85%. Artinya, sebagian besar energi yang tersimpan di baterai dapat digunakan untuk listrik.

Biaya rendah: Baterai iron-air relatif murah untuk diproduksi, menjadikannya pilihan penyimpanan energi yang hemat biaya. Hal ini dapat menjadikannya pilihan yang layak untuk digunakan secara luas di masa depan.

Perkembangan dan tantangan saat ini

Baterai besi-udara, juga dikenal sebagai baterai besi-udara atau sel bahan bakar besi-udara, adalah jenis baterai isi ulang yang menggunakan oksigen dari udara sebagai katoda dan besi sebagai anoda. Teknologi ini mempunyai potensi untuk memberikan kepadatan energi yang tinggi dan siklus hidup yang panjang, menjadikannya teknologi yang menjanjikan untuk berbagai aplikasi seperti kendaraan listrik dan penyimpanan jaringan listrik.

Penelitian dan pengembangan terbaru pada baterai besi udara berfokus pada peningkatan kinerja dan daya tahan baterai. Beberapa bidang penelitian utama meliputi:

Baterai iron-air berpotensi menjadi alternatif yang hemat biaya dibandingkan baterai lithium-ion karena biaya materialnya lebih rendah dan kepadatan energinya lebih tinggi. Besi adalah bahan yang lebih melimpah dan murah dibandingkan litium, sehingga dapat membantu menurunkan biaya produksi secara keseluruhan. Selain itu, baterai iron-air memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi dibandingkan baterai lithium-ion, yang berarti baterai ini dapat menyimpan lebih banyak energi dalam ruang yang lebih kecil.

Baterai iron-air adalah alternatif yang menjanjikan untuk baterai lithium-ion untuk kendaraan listrik karena umurnya yang berpotensi lebih lama dan biaya yang lebih rendah. Berikut beberapa temuan penting dari hasil penelusuran web terkait penggunaan baterai iron-air pada kendaraan listrik:

• Tesla mengumumkan pada Oktober 2021 bahwa mereka akan menggunakan baterai berbahan besi untuk model standar Model 3 dan Model Y di pasar global. Hal ini menunjukkan bahwa baterai iron-air menjadi semakin layak untuk digunakan pada kendaraan listrik.
• Umur teoritis baterai iron-air adalah 100 hingga 150 jam listrik, lebih lama dibandingkan baterai lithium-ion. Selain itu, baterai iron-air diperkirakan hanya berharga $20 per kWh penyimpanan pada baterai berukuran penuh, yang jauh lebih rendah dibandingkan biaya baterai lithium-ion.
• Spinout MIT, Form Energy, telah mengembangkan prototipe baterai besi-udara yang dapat menyediakan daya andal dari sumber terbarukan dengan biaya kurang dari $20 per kilowatt jam, yang dapat menjadi “titik kritis energi ramah lingkungan”. Perusahaan juga sedang membangun fasilitas baterai besi-udara baru di West Virginia.
• Dalam hal desain teknis, beberapa peneliti sedang mengeksplorasi desain baterai besi-udara bersuhu tinggi yang menggunakan garam cair sebagai jenis elektrolit untuk konduktivitas listrik.

Hal ini dapat bermanfaat untuk aplikasi seperti kendaraan listrik dan sistem penyimpanan energi terbarukan, yang ruangnya terbatas. Selain itu, baterai iron-air memiliki masa pakai lebih lama dibandingkan baterai litium-ion, sehingga dapat membantu mengurangi biaya penggantian seiring waktu. Secara keseluruhan, baterai iron-air berpotensi menawarkan alternatif baterai lithium-ion yang hemat biaya dan efisien untuk berbagai aplikasi.