HILIRISASI PRODUK NANOSILIKA BERBASIS LIMBAH PERTANIAN SEBAGAI BAHAN PENYIMPAN ENERGI

Abstract

Seiring meningkatnya pertumbuhan penduduk, perkembangan ekonomi, serta efisiensi keberlanjutan, penyimpanan energi menjadi solusi sangat penting. Sumber energi surya dan angin tidak selalu tersedia, menjadi tantangan dalam menjaga stabilitas dan keandalan jaringan. Oleh karena itu, teknologi penyimpanan energi sangat penting dikembangkan. Indonesia, memiliki sumber daya alam melimpah, khususnya nanosilica dan Nanoselulose, berpeluang meningkatkan aktivitas produksi. Sebagai langkah strategis, pemerintah telah menarik investasi untuk membangun pabrik baterai litium, guna mendukung perkembangan industri. Abu boiler berbahan bakar limbah padat kelapa sawit dan atau limbah pertanian mengandung 30-85% silika, dari abu boiler kelapa sawit dapat menghasilkan 3-9 juta ton silika per tahun. Sementara permintaan baterai litium meningkat drastis karena energi dengan densitas tinggi, siklus hidup panjang, dan ringan, sehingga kebutuhan sistem penyimpan energi dengan densitas energi tinggi dan tingkat keamanan optimal semakin mendesak. Baterai litium umumnya menggunakan elektrolit cair, tetapi kekurangannya adalah ketidakstabilan elektrokimia dan suhu tinggi. Pergerakan ion litium yang tidak terkendali dalam kondisi tertentu menyebabkan timbulnya panas berlebih, berpotensi menimbulkan kerusakan perangkat. Sejak 2022, pengembangan elektrolit padat berbasis nanosilica pada Nanoselulose (SiO2-NC) telah dilakukan melalui kerja sama BRIN dan Institut Teknologi Indonesia (ITI). Elektrolit padat memiliki keunggulan dalam stabilitas elektrokimia dan termal dibandingkan dengan elektrolit cair. Namun, kelemahan utama dari elektrolit padat adalah rendahnya konduktivitas ionik serta kontak permukaan antara elektrolit dan anode. Konduktivitas ionik pada elektrolit padat sangat dipengaruhi oleh struktur materialnya, yang menjadi faktor penting dalam menentukan kestabilan sifat elektrokimianya. Sebagai tindak lanjut kerja sama yang telah dilakukan, pada hilirisasi nanosilica dilakukan melalui pembuatan prototipe elektrolit padat sebagai sel baterai litium. Perakitan elektroda dan elektrolit baterai dilakukan melalui kerja sama antara ITI, HMI, BRIN, dan PT Trinitan. Perakitan SiO2-NC dengan anode Ni-SiO2 yang telah dikembangkan akan dapat meningkatkan performa baterai litium. Penggabungan komponen material energi storage yang telah dikembangkan akan meningkatkan performa baterai litium yang memenuhi standar internasional keselamatan baterai isi ulang IEC 62133. Target luaran dari penelitian ini adalah menghasilkan prototipe baterai litium berbasis SiO2-NC dan Ni-SiO2, dengan konten lokal sebesar 60%. Target luaran yang telah dicapai pada tahun 1 meliputi produk Nanoselulose dan Nanosilica yang telah dipakai sebagai bahan separator baterai menggunakan prototipe hasil scaleup tahun sebelumnya. Perbaikan produksi bahan baku dilakukan untuk memenuhi spesifikasi bahan baku separator dengan meningkatkan jumlah mesopori dari kedua bahan tersebut. Pengujian untuk mengetahui luas permukaan, volume pori, dan struktur mesopori sedang dalam antrean pengujian di BRIN. Prototipe produk Nanosilica dari abu boiler limbah padat kelapa sawit yang telah dilakukan scaleup dengan kapasitas 500 gram per batch, sedangkan dari sekam padi juga sudah selesai dikerjakan dan hasil uji FTIR, SEM, serta XRD menunjukkan ukuran partikel memenuhi diameter 10-50 nm sesuai dengan spesifikasi untuk SPE. Luaran berupa draf paten sedang dalam proses pendaftaran paten. Saat ini, sedang dikumpulkan dokumen administrasi dari para inventor yang terlibat dalam pembuatan solid elektrolit baterai litium ini. Judul paten yang akan didaftarkan adalah "METODE PEMBUATAN SOLID POLIMER ELECTROLIT MATERIAL SEBAGAI KOMPONEN BATERAI LITHIUM". Prototipe yang dihasilkan berupa solid elektrolit polimer berbasis silika telah diselesaikan dan diuji coba untuk baterai koin 1/2 sel di laboratorium. Performa sementara dari energi penyimpanan yang dapat disimpan menunjukkan karakteristik kapasitas spesifik tertinggi, yaitu 112 mAh/g, dan konduktivitas ionik sebesar 2,1x10-03 S/cm, yang lebih besar dari target 1x10-04 S/cm. Hasil penelitian sementara mencapai TKT 5. Mitra berkontribusi untuk membiayai pengembangan Katoda berbasis Nanosilica, untuk bahan habis pakai diberikan secara inkind dan biaya uji dibayarkan sesuai tagihan.