Insinyur MIT Produksi Baterai Serat Fleksibel Terpanjang di Dunia

Foto: scitechdaily.com

Teknologi.id – Para peneliti telah mengembangkan baterai lithium-ion yang dapat diisi ulang dalam bentuk serat ultra-panjang (ultra-long fiber) yang dapat ditenun menjadi kain. Baterai dapat mengaktifkan berbagai macam perangkat elektronik yang dapat dipakai, dan bahkan dapat digunakan untuk membuat baterai cetak 3D dalam hampir semua bentuk.

Para peneliti membayangkan kemungkinan baru untuk komunikasi self-powered, penginderaan (sensing), dan perangkat komputasi yang dapat dikenakan seperti pakaian biasa, serta perangkat yang baterainya juga dapat berfungsi ganda sebagai bagian struktural.

Sebagai bukti konsep, tim di balik teknologi baterai baru telah menghasilkan baterai serat fleksibel terpanjang di dunia, sepanjang 140 meter, untuk menunjukkan bahwa bahan tersebut dapat diproduksi dengan panjang sesuai yang diinginkan.

Pekerjaan tersebut dijelaskan pada 20 Desember 2021, dalam jurnal Materials Today. Postdoc MIT Tural Khudiyev yang saat ini menjabat sebagai asisten profesor di National University of Singapore, Jung Tae Lee, mantan postdoc MIT, yang saat ini menjabat sebagai profesor di Kyung Hee University, dan Benjamin Grena SM '13, PhD '17, yang saat ini bekerja di perusahaan Apple, merupakan lead authors dari jurnal tersebut. Rekan author lainnya adalah profesor MIT Yoel Fink, Ju Li, dan John Joannopoulos, dan tujuh lainnya di MIT dan di tempat lain.

Para peneliti, termasuk anggota tim ini, sebelumnya telah mendemonstrasikan serat yang mengandung berbagai macam komponen elektronik, termasuk dioda pemancar cahaya (LED), fotosensor, komunikasi, dan sistem digital.

Banyak di antaranya dapat ditenun dan dicuci, sehingga praktis untuk digunakan dalam produk yang dapat dikenakan, tetapi sejauh ini semuanya mengandalkan sumber daya eksternal.

Saat ini, baterai serat ini, yang juga dapat ditenun dan dicuci, dapat memungkinkan perangkat tersebut sepenuhnya bekerja secara self-contained.

Baterai serat baru diproduksi menggunakan gel baterai baru dan standar sistem fiber-drawing yang dimulai dengan silinder yang lebih besar yang berisi semua komponen dan kemudian memanaskannya hingga tepat di bawah titik lelehnya. Bahan ditarik melalui lubang sempit untuk memampatkan semua bagian ke sebagian kecil dari diameter aslinya, sambil mempertahankan semua susunan asli bagian.

Baca Juga: China Kembangkan Kemampuan Luar Angkasa-nya 2 Kali Lipat Dari AS

Sementara yang lain telah berusaha membuat baterai dalam bentuk serat, kata Khudiyev, baterai tersebut disusun dengan bahan utama di bagian luar serat, sedangkan sistem ini menyematkan lithium dan bahan lain di dalam serat, dengan lapisan luar pelindung, sehingga secara langsung membuat versi ini stabil dan tahan air.

Khudiyev juga menyampaikan bahwa Ini adalah demonstrasi pertama dari baterai serat panjang sub-kilometer yang cukup panjang dan sangat tahan lama untuk diaplikasikan secara praktik.

Fakta bahwa mereka mampu membuat baterai fiber sepanjang 140 meter menunjukkan bahwa “tidak ada batas atas yang jelas untuk panjangnya. Kami pasti bisa melakukan panjang skala kilometer, ”katanya.

Perangkat demonstrasi menggunakan baterai serat baru yang menggabungkan sistem komunikasi "Li-Fi" yakni sistem di mana pulse cahaya digunakan untuk mengirimkan data, dan termasuk mikrofon, pre-amp, transistor, dan dioda untuk membangun tautan data optik antara dua perangkat kain tenun.

“Saat kami menyematkan bahan aktif di dalam serat, itu berarti komponen baterai sensitif sudah memiliki penyegelan yang baik,” kata Khudiyev, “dan semua bahan aktif terintegrasi dengan sangat baik, sehingga tidak mengubah posisinya” selama drawing process.

Selain itu, baterai serat yang dihasilkan jauh lebih tipis dan lebih fleksibel, yang dapat menghasilkan rasio aspek, yaitu fraksi panjang-lebar, hingga satu juta, yang jauh melampaui desain lain, yang membuatnya praktis untuk menggunakan peralatan tenun standar, untuk menciptakan kain yang dapat menggabungkan baterai serta sistem elektronik.

Khudiyev menjelaskan bahwa serat 140 meter yang diproduksi sejauh ini memiliki kapasitas penyimpanan energi 123 milliamp-jam, yang dapat mengisi daya jam tangan pintar atau telepon. Perangkat serat hanya memiliki ketebalan beberapa ratus mikron, lebih tipis dari percobaan sebelumnya untuk memproduksi baterai dalam bentuk serat.

"Keindahan pendekatan kami adalah kami dapat menyematkan beberapa perangkat dalam satu serat," kata Lee. Dirinya juga menjelaskan bahwa "tidak seperti pendekatan lain yang membutuhkan integrasi beberapa perangkat serat." Mereka mendemonstrasikan integrasi baterai LED dan Li-ion dalam satu serat dan dia yakin lebih dari tiga atau empat perangkat dapat digabungkan dalam ruang sekecil itu di masa depan.

Sebagai tambahan serat satu dimensi untuk individu, yang dapat ditenun untuk menghasilkan kain dua dimensi, bahan tersebut juga dapat digunakan dalam pencetakan 3D atau sistem bentuk khusus untuk membuat objek padat, seperti casing yang dapat menyediakan struktur perangkat dan sumber dayanya.

Untuk mendemonstrasikan kemampuan ini, sebuah kapal selam mainan dibungkus dengan serat baterai untuk memberi daya. Memasukkan sumber daya ke dalam struktur perangkat tersebut dapat menurunkan berat keseluruhan dan meningkatkan efisiensi dan jangkauan yang dapat dicapai.

“Ini adalah pencetakan 3D pertama dari perangkat baterai fiber,” kata Khudiyev. “Jika Anda ingin membuat objek yang kompleks” melalui pencetakan 3D yang menggabungkan perangkat baterai, katanya, ini adalah sistem pertama yang dapat mencapai itu.

“Setelah dicetak, tidak perlu menambahkan apa-apa lagi, karena semuanya sudah ada di dalam fiber, semua logam, semua bahan aktif. Ini hanya pencetakan satu langkah. Itu yang pertama.” Itu berarti bahwa sekarang, katanya, “Unit komputasi dapat dimasukkan ke dalam objek sehari-hari, termasuk Li-Fi.”

Tim telah mengajukan hak paten pada proses dan terus mengembangkan peningkatan lebih lanjut dalam kapasitas daya dan variasi bahan yang digunakan untuk meningkatkan efisiensi.

Khudiyev mengatakan baterai serat tersebut dapat siap digunakan dalam produk komersial dalam beberapa tahun.

“Fleksibilitas bentuk sel baterai baru memungkinkan desain dan aplikasi yang sebelumnya tidak mungkin,” kata Martin Winter, profesor kimia fisik di Universitas Muenster di Jerman, yang tidak terlibat dalam pekerjaan ini.

Dirinya menyebut karya ini "sangat kreatif," dan menambahkan "Karena sebagian besar karya akademis tentang baterai sekarang melihat penyimpanan jaringan dan kendaraan listrik, ini adalah deviasi yang luar biasa dari kebanyakan lainnya (mainstream)"

(fnj)