Baterai hidrogen baru dapat beroperasi empat kali lebih dingin dibandingkan sebelumnya — yang berarti baterai EV lebih padat dan tahan lama
Mobil listrik masa depan bisa saja ditinggalkan baterai litium-ionberkat terobosan baru dalam penyimpanan energi hidrogen pada suhu yang jauh lebih rendah dibandingkan sebelumnya.
Para peneliti dari Institut Sains Tokyo menciptakan baterai hidrogen yang menggunakan magnesium hidrida sebagai anoda dan gas hidrogen sebagai katoda, serta elektrolit padat dengan struktur kristal.
Baterai hidrogen dengan komponen solid-state sudah ada, begitu pula sel bahan bakar hidrogen. Namun baterai yang pertama memerlukan suhu pengoperasian yang tinggi, sedangkan baterai yang kedua harus berjuang agar seefisien baterai lithium-ion, serta kesulitan untuk menyimpan gas hidrogen di bawah tekanan tinggi. Namun dengan baterai hidrogen baru ini, para ilmuwan mencapai kapasitas penyimpanan teoritis penuh MgH2 anoda dan konduktivitas ionik yang tinggi pada suhu kamar.
Fondasi yang kokoh
Inti dari baterai hidrogen ini terletak pada elektrolit padatnya. Terbentuk dari barium, kalsium, dan natrium hidrida, elektrolit ini memiliki struktur seperti kristal yang menawarkan stabilitas elektrokimia tinggi dan konduktivitas ionik tinggi, khususnya jika menyangkut ion hidrogen, pada suhu yang relatif rendah.
Dalam pengoperasiannya, baterai berfungsi seperti baterai litium-ion, hanya saja alih-alih ion bermuatan positif bergerak melalui elektrolit, baterai baru ini menggunakan ion hidrida yang membawa muatan negatif dan dapat melewati struktur kristalnya.
Saat menyalurkan daya (pengosongan), gas hidrogen di katoda mengalami reaksi kimia yang mereduksinya menjadi ion hidrida yang bergerak melalui elektrolit ke anoda magnesium, di mana mereka teroksidasi membentuk MgH.2. Dalam keadaan ini, terjadi reaksi oksidasi-reduksi (redoks), yang menyebabkan anoda bermuatan negatif kehilangan elektron. Arus ini mengalir melintasi sirkuit eksternal ke katoda, yang kini memiliki muatan positif bersih – dan dengan demikian menyalurkan daya ke perangkat atau sistem yang terhubung.
Hal sebaliknya terjadi saat mengisi daya, dengan sumber daya eksternal memicu redoks. Di sini, MgH2 anoda melepaskan ion hidrida yang melewati elektroda untuk kemudian dioksidasi di elektroda hidrogen membentuk gas hidrogen. Dengan demikian, elektron mengalir dari H2 elektroda ke elektroda Mg hingga reaksi reduksi tidak dapat terjadi lagi, artinya baterai dalam keadaan terisi penuh.
Dengan desain baterai ini, gas hidrogen dapat disimpan dan dilepaskan dalam sel solid-state sesuai permintaan, dengan kapasitas 2.030mAh per gram (untuk referensi, baterai lithium-ion cenderung memiliki kapasitas 154 hingga 203mAh per gramsementara beberapa di antaranya telepon terbaik memiliki kapasitas baterai lithium-ion 5.000mAh untuk seluruh sel).
Meskipun suhu pengoperasiannya berada tepat di bawah titik didih air, yang berarti baterai tersebut belum siap digunakan pada barang elektronik sehari-hari seperti ponsel cerdas atau laptop, terdapat ruang untuk membuka jalan bagi penyimpanan hidrogen yang lebih efisien dan lebih mudah. Hal ini, pada gilirannya, dapat menyebabkan kendaraan listrik mengadopsi baterai hidrogen dibandingkan baterai lithium-ion, yang berat dan mengalami degradasi serta penurunan efisiensi sepanjang masa pakainya.
Penyimpanan hidrogen yang lebih baik tanpa memerlukan sistem bertekanan tinggi, pendinginan ekstrem, atau suhu pengoperasian yang tinggi dapat semakin membuka penggunaan hidrogen sebagai sumber energi ramah lingkungan. Hal ini karena bahan bakar ini menawarkan jejak karbon yang lebih sedikit dibandingkan bahan bakar fosil dan sistem tenaga berbasis hidrogen yang ada saat ini.
Hidrogen sering disebut-sebut sebagai salah satu cara transisi menuju energi ramah lingkungan, meskipun produksi, penyimpanan, dan penggunaannya dalam sistem penyaluran tenaga listrik masih merupakan aktivitas khusus. Jika ditingkatkan dan diproduksi, terobosan baterai ini dapat terus mendorong hidrogen sebagai bahan bakar masa depan.
