Peneliti MIT Gunakan Elektrolit Baru untuk Tingkatkan Daya Tahan Baterai Implan

Liputan6.com, Jakarta - Selama beberapa dekade terakhir, penelitian baterai sebagian besar berfokus pada baterai lithium-ion yang dapat diisi ulang; baterai itu digunakan dalam banyak hal mulai dari kendaraan listrik hingga elektronik portabel.

Oleh karena itu, baterai lithium-ion telah meningkat secara dramatis dalam hal keterjangkauan dan kapasitas.

Namun, baterai yang tidak dapat diisi ulang hanya mengalami sedikit peningkatan selama waktu itu. Padahal, baterai jenis ini memiliki peran penting dalam banyak kegunaan, seperti perangkat medis implan macam alat pacu jantung.

Sekarang, para peneliti di Massachusetts Institute of Technology (MIT) telah menemukan cara untuk meningkatkan kepadatan energi baterai tidak dapat diisi ulang ini.

Mereka mengatakan cara baru ini dapat memungkinkan peningkatan hingga 50 persen dalam masa pakai.

Selain itu, penurunan ukuran dan berat yang sesuai untuk jumlah daya atau kapasitas energi tertentu juga menjadi mungkin, sambil pada saat yang sama juga meningkatkan keamanan dengan sedikit atau tanpa peningkatan biaya.

Temuan baru ini melibatkan penggantian elektrolit baterai yang tidak aktif secara konvensional dengan bahan aktif untuk pengiriman energi.

Para peneliti menerbitkan temuan mereka di Proceedings of the National Academy of Sciences, dalam sebuah makalah oleh Postdoctoral Fellow di MIT Haining Gao, mahasiswa pascasarjana Alejandro Sevilla, profesor teknik mesin Betar Gallant, dan empat orang lainnya di MIT dan Caltech.

Gallant menyebut bahwa mengganti baterai di alat pacu jantung atau implan medis lainnya memerlukan prosedur pembedahan. Oleh karena itu, setiap peningkatan daya tahan baterai dapat berdampak signifikan pada kualitas hidup pasien.

Baterai primer digunakan untuk penerapan penting seperti itu karena dapat menyediakan sekitar tiga kali lebih banyak energi untuk ukuran dan berat tertentu dibandingkan baterai isi ulang.

Perbedaan kapasitas itu, kata Gao, membuat baterai primer "penting untuk aplikasi di mana pengisian daya tidak memungkinkan atau tidak praktis." Bahan baru ini bekerja pada suhu tubuh manusia, sehingga cocok untuk implan medis.

Selain perangkat implan, dengan pengembangan lebih lanjut untuk membuat baterai beroperasi secara efisien pada suhu lebih dingin, penerapannya juga dapat menyertakan sensor dalam perangkat pelacak untuk pengiriman. Misalnya untuk memastikan bahwa persyaratan suhu dan kelembaban untuk pengiriman makanan atau obat-obatan terjaga dengan baik selama proses pengiriman.

Atau, penerapannya juga mungkin digunakan di kendaraan udara atau bawah air yang dioperasikan dari jarak jauh yang harus tetap siaga untuk ditempatkan dalam waktu lama.

Baterai alat pacu jantung biasanya bertahan dari 5-10 tahun, dan bahkan lebih sedikit jika membutuhkan fungsi tegangan tinggi seperti defibrilasi. Namun untuk baterai seperti itu, kata Gao, teknologinya dianggap matang, dan "belum ada inovasi besar dalam kimia sel mendasar selama 40 tahun terakhir."

Kunci dari inovasi tim peneliti ini adalah elektrolit jenis baru; ia adalah material yang terletak di antara dua kutub listrik baterai, yakni katoda dan anoda, dan memungkinkan pembawa muatan melewati dari satu sisi ke sisi lain.

Menggunakan senyawa fluorinasi cair baru, tim peneliti menemukan bahwa mereka dapat menggabungkan beberapa fungsi katoda dan elektrolit dalam satu senyawa, yang disebut katolit. Hal ini memungkinkan untuk menghemat banyak bobot baterai primer biasa, kata Gao.

Sebetulnya, ada bahan selain senyawa baru ini yang secara teoretis dapat berfungsi dalam peran katolit serupa dalam baterai berkapasitas tinggi. Namun, menurut Gallant, bahan itu memiliki voltase bawaan lebih rendah yang tidak sesuai dengan sisa bahan dalam baterai alat pacu jantung konvensional, jenis yang dikenal sebagai CFx.

Karena output keseluruhan dari baterai tidak boleh lebih dari dua bahan elektroda lebih rendah, kapasitas ekstra akan menjadi sia-sia karena ketidakcocokan tegangan. Namun dengan material baru ini, kata Gallant, "salah satu keunggulan utama cairan berfluorinasi yang kami kembangkan adalah voltasenya sangat selaras dengan CFx."

Dalam baterai CFx konvensional, elektrolit cair sangat penting karena memungkinkan partikel bermuatan untuk melewati dari satu elektroda ke elektroda lainnya. Namun, "elektrolit itu sebenarnya tidak aktif secara kimiawi, jadi pada dasarnya mereka adalah bobot mati," kata Gao.

Ini berarti sekitar 50 persen komponen utama baterai, terutama elektrolit, adalah bahan yang tidak aktif. Namun dalam desain baru dengan bahan katolit terfluorinasi, jumlah bobot mati dapat dikurangi hingga sekitar 20 persen.

Sel-sel baru juga memberikan peningkatan keamanan atas jenis kimia lain yang diusulkan. Pengujian awal juga telah menunjukkan masa simpan yang stabil selama lebih dari satu tahun, sebuah karakteristik penting untuk baterai primer,.