Sebuah tim ahli kimia University of Toronto telah menciptakan baterai yang menyimpan energi dalam unit bio-derivat sehingga membuka jalan untuk pemakaian elektronik yang lebih murah dan lebih ramah lingkungan.
Baterai ini mirip dengan banyak baterai lithium-ion energi tinggi yang tersedia secara komersil dengan satu perbedaan penting. Menggunakan flavin dari vitamin B2 sebagai katoda: bagian yang menyimpan listrik yang dilepaskan ketika tersambung ke perangkat.
“Kami sudah mencari ke alam untuk sementara waktu untuk menemukan molekul kompleks untuk digunakan dalam sejumlah aplikasi elektronik konsumen,” ucap Dwight Seferos, seorang profesor di departemen kimia Universitas Toronto dan Penelitian Polymer Nanoteknologi Kanada.
“Ketika Anda mengambil sesuatu yang dibuat oleh alam yang sudah kompleks, Anda akhirnya menghabiskan lebih sedikit waktu membuat materi baru,” kata Seferos.
Dasar-dasar latar belakang baterai
Untuk memahami penemuan, penting untuk mengetahui bahwa baterai modern mengandung tiga bagian dasar:
- Terminal positif – bagian logam yang menyentuh perangkat untuk memberikan power – terhubung ke katoda dalam baterai .
-
Terminal negatif dihubungkan ke anoda di dalam baterai.
-
Larutan elektrolit di mana ion dapat melakukan perjalanan antara katoda dan anoda elektroda
Ketika baterai terhubung ke ponsel, iPod, kamera atau perangkat lain yang membutuhkan daya, elektron mengalir dari anoda – elektroda bermuatan negatif dari perangkat memasok arus – ke perangkat, kemudian ke katoda dan ion bermigrasi melalui elektrolit solusi untuk menyeimbangkan muatan. Ketika terhubung ke pengisi daya, proses ini terjadi secara terbalik.
Reaksi di anoda menghasilkan elektron dan reaksi di katoda menyerap elektron ketika pemakaian. Produknya adalah listrik. Baterai akan terus menghasilkan listrik sampai salah satu atau kedua elektroda kehabisan bahan yang diperlukan agar reaksi terjadi.
Kimia organik seperti Lego
Sementara bagian baterai bio-derivat telah dibuat sebelumnya, ini adalah pertama kalinya menggunakan bio-derivat yang berasal dari polimer – molekul rantai panjang – untuk salah satu elektroda. Pada dasarnya memungkinkan energi baterai disimpan dalam vitamin, digunakan plastik sebagai gantinya, tetapi mahal, sulit prosesnya, dan lebih berbahaya lingkungan seperti logam kobalt.
“Mendapatkan bahan yang tepat berevolusi dari waktu ke waktu dan pasti mengambil beberapa reaksi tes,” kata co-author dan mahasiswa doktoral Tyler Schon pada penelitiannya. “Dalam banyak hal, tampak seperti gagal. Ini membutuhkan ketekunan. ”
Schon, Seferos dan rekan terjadi pada bahan sambil menguji berbagai polimer rantai panjang – khususnya liontin polimer kelompok: molekul yang melekat pada rantai ‘backbone’ dari molekul yang panjang.
“Kimia organik seperti Lego,” katanya. “Anda meletakkan segala sesuatu bersama-sama dalam urutan tertentu, tetapi beberapa hal secara teori diatas kertas tidak sesuai dengan kenyataan. Kami mencoba beberapa pendekatan dan pada percobaan ke lima puluh satu baru berhasil, “kata Seferos.
Tim kami menciptakan materi dari vitamin B2 yang berasal jamur rekayasa genetik menggunakan proses semi-sintetik untuk mempersiapkan polimer dengan menghubungkan dua flavin unit ke rantai panjang molekul tulang punggung.
Hal ini memungkinkan untuk baterai hijau dengan kapasitas tinggi dan tegangan tinggi – sesuatu yang semakin penting sebagai ‘Internet of Things’ terus menghubungkan kita bersama-sama lebih dan lebih melalui perangkat portabel bertenaga baterai .
“Ini adalah, senyawa alami yang cukup aman,” Seferos menambahkan. “Jika Anda ingin, Anda benar-benar bisa makan bahan sumber asalnya.”
Kemampuan B2 untuk tereduksi dan teroksidasi cocok untuk baterai ion lithium.
“B2 dapat menerima hingga dua elektron pada suatu waktu,” kata Seferos. “Hal ini mempermudah untuk beberapa kali pengisian dan memiliki kapasitas tinggi dibandingkan dengan banyak molekul lain yang tersedia.”
Sebuah langkah untuk elektronik yang ramah lingkungan
“Sudah banyak trial-and-error,” kata Schon. “Sekarang kami sedang mencari untuk merancang varian baru yang dapat diisi ulang lagi dan lagi.”
Sementara prototipe saat ini adalah pada skala baterai alat bantu dengar, tim berharap terobosan mereka bisa meletakkan dasar untuk kuat, tipis, fleksibel, dan bahkan transparan baterai bebas logam yang dapat mendukung gelombang berikutnya elektronik konsumen.
