Review Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Baterai lithium-sulfur (Li-S) memiliki potensi besar dalam dunia penyimpanan energi berkat kepadatan energinya yang tinggi, namun masalah kapasitas rendah, umur siklus pendek, dan kinerja laju yang buruk akibat dinamika polisulfida masih menjadi tantangan utama yang harus diatasi. Dengan meningkatnya kebutuhan akan solusi penyimpanan energi yang lebih efisien, penelitian terbaru berfokus pada bagaimana mengoptimalkan kinerja baterai Li-S dengan memanfaatkan biomassa dan material pendukung inovatif. Dalam konteks ini, pengembangan katoda Li-S berbasis biomassa dengan hiasan logam fosfida (MPx, M = Ni, Co, Fe) menjadi salah satu solusi yang menjanjikan.
Penelitian ini menggunakan tumbuhan air, yaitu cattail, sebagai bahan baku untuk menciptakan matriks karbon tiga dimensi (SSC) yang fleksibel dan dapat mendukung diri sendiri. Struktur kompleks dan berlapis dari SSC berfungsi untuk mengurangi variasi volume selama siklus baterai, sambil memuat lebih banyak sulfur untuk meningkatkan kapasitas. Selain itu, jaringan tabung nano karbon dalam SSC memberikan konduktivitas yang baik sehingga memungkinkan transfer elektron yang lebih cepat dan efisien. Dengan karakteristik ini, SSC tidak hanya mendukung kapasitas tinggi tetapi juga memastikan kinerja yang stabil selama siklus penggunaan baterai.
Salah satu inovasi utama dalam penelitian ini adalah penggunaan logam fosfida (Ni, Co, Fe) yang ditempatkan pada SSC. Berdasarkan perhitungan teori fungsional densitas (DFT) dan sifat elektrokimia, ditemukan bahwa ketiga fosfida tersebut memiliki kemampuan kuat dalam adsorpsi dan katalisis polisulfida. Hal ini sangat penting karena polisulfida sering kali menyebabkan masalah pada baterai Li-S dengan berkurangnya kapasitas dan pembentukan dendrit. Dengan menggunakan logam fosfida, proses konversi polisulfida dapat dioptimalkan, sehingga mengurangi kehilangan kapasitas dan memperpanjang umur siklus baterai.
Selain kemampuan adsorpsi yang unggul, penelitian ini juga menunjukkan bahwa setiap logam fosfida memiliki peran spesifik dalam mempromosikan konversi polisulfida. Misalnya, fosfida berbasis nikel (Ni) memiliki kemampuan katalitik yang kuat, sedangkan fosfida berbasis kobalt (Co) dan besi (Fe) berkontribusi pada stabilitas struktural dan kinetika reaksi yang lebih baik. Kombinasi dari ketiga logam fosfida ini memberikan peningkatan performa baterai secara keseluruhan, baik dari segi kapasitas maupun siklus hidupnya.
Dalam uji kinerja, MPx@SSC-1150 (M = Ni/Co/Fe) menunjukkan kapasitas pelepasan awal yang sangat tinggi (masing-masing 1236.96, 1398.45, dan 1240.96 mAh g⁻¹) pada beban tinggi (5.5 mg cm⁻²). Lebih mengesankan lagi, katoda ini juga menunjukkan stabilitas siklus yang sangat baik dengan sedikit penurunan kapasitas selama penggunaan jangka panjang. Ini menandakan bahwa strategi penggabungan biomassa dengan logam fosfida adalah pendekatan yang efektif untuk mengatasi tantangan yang dihadapi oleh baterai Li-S berkapasitas tinggi.
Keberhasilan penelitian ini tidak hanya terletak pada peningkatan performa elektrokimia baterai, tetapi juga pada pemanfaatan bahan biomassa yang ramah lingkungan. Dengan menggunakan biomassa cattail, material karbon yang dihasilkan tidak hanya terbarukan tetapi juga berkelanjutan, sejalan dengan kebutuhan industri energi terbarukan yang semakin mendesak. Ini adalah contoh nyata bagaimana inovasi material berbasis biomassa dapat memberikan solusi praktis untuk tantangan penyimpanan energi masa depan.
Secara keseluruhan, penelitian ini membuka jalan baru dalam pengembangan material katalis untuk baterai Li-S berkapasitas tinggi. Dengan menggabungkan biomassa sebagai bahan dasar dan logam fosfida sebagai katalis, pendekatan ini menawarkan solusi berkelanjutan yang efektif untuk meningkatkan kinerja baterai, baik dari segi kapasitas maupun stabilitas siklus. Hasil ini menunjukkan prospek cerah untuk penerapan praktis teknologi baterai Li-S dalam skala yang lebih besar.
