Baterai Zinc Manfaatkan Proton “Bandel” demi Simpan Energi Lebih Besar
TEKNOLOGI – Selama ini proton dianggap biang keladi yang merusak performa baterai berbasis air. Namun tim peneliti dari Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) justru membalik anggapan itu. Menurut laporan Interesting Engineering, mereka mengembangkan elektrode baru untuk baterai zinc-ion berbasis air yang memanfaatkan proton untuk menambah kapasitas penyimpanan energi, alih-alih menghindarinya sebagai sumber masalah.
Elektrode ini dibangun dari kerangka logam-organik (metal-organic framework/MOF) konduktif dua dimensi, material berpori yang tercipta dari sambungan komponen logam dengan molekul organik. Peneliti memodifikasi pori-pori mikroskopisnya dengan gugus fungsi amina untuk mengendalikan kapan berbagai jenis ion boleh masuk ke dalam elektrode.
Kuncinya terletak pada urutan penyimpanan ion. Ion zinc masuk lebih dulu pada tegangan tinggi, sementara proton yang jauh lebih kecil baru disimpan belakangan seiring turunnya tegangan. Dengan begitu, elektrode bisa memanfaatkan dua pembawa muatan sekaligus tanpa membiarkan reaksi proton mengganggu penyimpanan ion zinc. Tim peneliti mengibaratkan prosesnya seperti mengisi botol dengan kerikil besar lebih dulu sebelum menambahkan pasir halus — ion zinc mengisi ruang utama, lalu proton yang lebih kecil menempati sisa ruang yang tersedia.
Hal ini penting karena baterai zinc-ion berbasis air menggunakan elektrolit berbahan dasar air, sehingga risiko kebakarannya lebih rendah dan berpotensi lebih murah. Sayangnya, ion zinc bergerak relatif lambat di dalam elektrode, membuat baterai jenis ini sulit menggabungkan kapasitas tinggi dengan pengisian dan pengosongan daya yang cepat.
Material Cu3(HHTATP)2 buatan tim KAIST mengandung gugus amina yang hanya bereaksi dengan proton pada tegangan tertentu. Hasil pengujian menunjukkan elektrode ini mencapai kapasitas penyimpanan 368,7 mAh/g pada 0,5 A/g, dan tetap mempertahankan 46,9 persen kapasitas awalnya meski laju pengisian-pengosongan dipercepat 16 kali lipat. Elektrode ini juga tetap stabil setelah lebih dari 500 siklus pengisian-pengosongan cepat, dengan analisis sinar-X yang mengonfirmasi kontribusi proton bersifat reversibel — bisa disimpan dan dilepas berulang kali.
“Studi ini membuktikan bahwa proton, yang sebelumnya dianggap sebagai ‘pembuat onar’ yang bisa merusak performa baterai, justru bisa dimanfaatkan untuk menyimpan lebih banyak energi,” ujar Profesor Sarah S. Park dari KAIST. “Kami berharap penerapan prinsip ini pada berbagai material elektrode akan melahirkan baterai yang mampu menyimpan energi dalam jumlah besar secara cepat.”
