Pikiran-pikiran brilian seringkali mendahului zamannya. Hal ini tentu berlaku bagi Thomas Edison, yang telah membayangkan potensi kendaraan listrik jauh sebelum hal itu menjadi tren. Namun, sepanjang hidup Edison, kemajuan teknologi yang pesat pada mobil berbahan bakar minyak mendorong idenya—khususnya baterai nikel-besi untuk purwarupa kendaraan listrik—ke latar belakang. Sampai sekarang.
Dalam edisi terbaru jurnal ilmu pengetahuan Small, para insinyur melaporkan bahwa mereka telah “mengambil pelajaran dari buku Edison” dengan mengembangkan baterai nikel-besi menggunakan alat nanoteknologi baru, sebagaimana dijelaskan dalam sebuah pernyataan. Meski demikian, baterai yang didesain ulang ini tampaknya lebih cocok untuk menyimpan energi surya daripada untuk menggerakkan mobil, yang merupakan tujuan awal Edison. Bagaimanapun, eksperimen ini menghidupkan kembali relevansi gagasan sang penemu, meski didukung oleh sains modern.
Sebuah gagasan yang tak terlupakan
Desain asli Edison jauh lebih berat dan kurang efisien dibandingkan purwarupa baru ini. Menurut *Scientific American*, baterai itu beratnya “124,5 hingga 186,5 pon per tenaga kuda-jam di terminalnya.” Baterai itu menggunakan layar besi dan nikel untuk anoda dan katoda, yang direndam dalam elektrolit kalium hidroksida, seperti dijelaskan *Nuts & Volts* menjelaskan. Baterai itu juga berpotensi berbahaya, karena memiliki kecenderungan melepaskan hidrogen saat pengisian.
Namun, ada aspek-aspek tertentu dari desain tersebut yang menarik perhatian ilmuwan modern, bukan hanya mereka yang berada di balik purwarupa baterai baru. Pada tahun 2017, misalnya, sebuah tim dari Belanda menemukan cara memanfaatkan kebocoran hidrogen dari desain Edison untuk menciptakan bahan bakar terbarukan.
Sebaliknya, baterai baru ini merupakan reimajinasi yang lebih langsung dari gagasan Edison, karena fokusnya adalah pada baterai itu sendiri, bukan produk sampingannya. Purwarupa yang dikembangkan ilmuwan di University of California, Los Angeles (UCLA) ini merupakan sekumpulan nanokluster nikel dan besi, yang dikemas dalam molekul produk sampingan dari produksi daging sapi.
Rangka alami
Ya, Anda membacanya dengan benar—produksi daging sapi. Itu mungkin terdengar seperti resep aneh untuk sebuah baterai, tetapi para peneliti terinspirasi oleh proses alami saat merumuskan blueprints mereka. Secara khusus, mereka mengambil petunjuk dari cara hewan membentuk tulang dan kerang membangun cangkangnya. Rangka umumnya terbentuk melalui aksi terkoordinasi protein yang membantu tubuh mengumpulkan senyawa berbasis kalsium.
“Penempatan mineral dengan cara yang benar membangun tulang yang kuat, namun cukup fleksibel untuk tidak rapuh,” jelas Ric Kaner, rekan penulis studi dan ahli biokimia di UCLA. “Bagaimana caranya hampir sama pentingnya dengan material yang digunakan, dan protein mengarahkan penempatannya.”
Nanobaterai yang berkerut
Tata letak baterai ini terlihat seperti ini: Molekul protein memiliki banyak ceruk dan celah dalam struktur lipatannya. Para peneliti menambahkan gugus nikel dan besi—sesuai dengan elektroda positif dan negatif—ke dalam lipatan tersebut, lalu menggabungkan molekul-molekul itu dengan lembaran ultra-tipis yang terbuat dari atom karbon dan oksigen.
Pemanasan super pada sistem ini menghilangkan oksigen dan menanamkan gugus logam kecil yang dibawa protein ke dalam material, menciptakan struktur mirip aerogel. Pengaturan ini memungkinkan para peneliti memaksimalkan luas permukaan baterai.
Itu artinya “hampir setiap atom tunggal dapat berpartisipasi dalam reaksi,” kata Maher El-Kady, rekan penulis studi dan ahli biokimia UCLA, menambahkan bahwa ini sangat mempercepat proses pengisian dan pengosongan baterai.
“Orang sering menganggap alat nanoteknologi modern sebagai sesuatu yang rumit dan berteknologi tinggi, tetapi pendekatan kami justru sederhana dan mudah dipahami,” kata El-Kady. “Kami hanya mencampur bahan-bahan umum, menerapkan langkah pemanasan yang lembut, dan menggunakan bahan baku yang tersedia luas.”
Kembali dengan niat yang diperbarui
Dalam tes awal, purwarupa menunjukkan kemampuannya untuk mengisi ulang hanya dalam hitungan detik, berhasil mengulangi siklus pengisiannya sebanyak 12.000 kali. Menurut para peneliti, ini setara dengan lebih dari 30 tahun pengisian ulang harian.
Namun, seperti diakui tim, baterai ini masih kurang dalam hal menyamai kapasitas baterai lithium-ion yang digunakan di kendaraan listrik. Baterai yang terinspirasi Edison ini akan lebih cocok untuk menyimpan kelebihan listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga surya atau sebagai sumber daya cadangan di pusat data, kata mereka.