SUARARAKYAT.CO — Metode baru dari Cornell University memungkinkan elektroda baterai lithium-ion bekas dipulihkan hingga 95 persen kapasitas aslinya tanpa harus dihancurkan menjadi bahan mentah. Pendekatan ini menawarkan biaya daur ulang yang lebih murah, yakni USD 15,25 per kilogram dibandingkan metode konvensional USD 26,31 per kilogram.
Tim peneliti dari Cornell University mengembangkan metode daur ulang baterai lithium-ion yang berbeda dari pendekatan konvensional. Alih-alih menghancurkan sel bekas menjadi bahan mentah, mereka memulihkan elektroda yang masih bisa dipakai. Metode ini dinamai Direct Electrode-to-Electrode Regeneration, atau DEER.
Hasilnya menjanjikan. Sel yang diregenerasi mampu memulihkan hingga 95 persen kapasitas aslinya. Baterai yang telah dirawat juga terurai lebih lambat dibandingkan baterai yang tidak dirawat.
Masalah Lapisan SEI pada Baterai yang Menua
Persoalan utama baterai lithium-ion yang menua terletak pada penumpukan lapisan di permukaan elektroda. Lapisan ini dikenal sebagai solid electrolyte interphase, atau SEI. Sebagian SEI memang dibutuhkan, tetapi jika berlebihan akan memperlambat pergerakan elektron dan menurunkan kapasitas baterai.
Dalam proses DEER, peneliti membongkar sel bekas dan menempatkan elektroda ke dalam larutan elektrokimia yang mengandung 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, atau DMI. Perlakuan ini menghilangkan lapisan SEI yang menebal tanpa merusak elektroda itu sendiri. Elektroda yang telah diperbarui kemudian bisa dipakai untuk merakit sel baterai baru.
Data penelitian menunjukkan baterai yang tidak dirawat kehilangan kapasitas 0,072 persen per siklus. Baterai yang dipulihkan lewat DEER hanya kehilangan 0,042 persen per siklus. Laju degradasi yang lebih rendah ini bertahan sekitar 800 siklus sebelum kembali meningkat.
Perlakuan putaran kedua bahkan mampu mengembalikan baterai yang sudah pernah diregenerasi ke 90 persen kapasitas aslinya. Temuan ini membuka peluang perpanjangan usia pakai elektroda lebih dari satu kali, bergantung pada kondisi baterai.
Berbeda dari Daur Ulang Konvensional
Metode daur ulang komersial yang umum biasanya mencacah atau menghancurkan baterai bekas menjadi campuran yang disebut black mass. Dari situ, pengolah menggunakan panas tinggi, bahan kimia, atau keduanya untuk memulihkan lithium, kobalt, nikel, mangan, tembaga, dan aluminium.
Cara tersebut memang mengembalikan logam berharga. Namun elektroda dan komponen lain yang sebenarnya masih layak pakai ikut hancur. DEER memandang baterai bukan sekadar sumber logam, melainkan perangkat dengan komponen yang bisa diperbaiki.
Pendekatan ini relevan untuk baterai kendaraan listrik. Paket baterai EV umumnya dilepas dari kendaraan ketika kapasitasnya turun ke sekitar 70 hingga 80 persen. Pada titik itu, baterai tidak lagi memenuhi kebutuhan jarak dan performa otomotif, tetapi banyak elektrodanya masih berfungsi.
Keterbatasan dan Tantangan Praktis
Metode Cornell tidak cocok untuk semua baterai. Proses ini paling efektif ketika penurunan performa disebabkan terutama oleh penumpukan SEI. Baterai yang mengalami kehilangan lithium, partikel retak, kerusakan struktur, atau kegagalan mekanis tetap memerlukan daur ulang konvensional.
Ada pula hambatan praktis. Elektroda harus dikeluarkan dari baterai, diproses, dan dicuci sebelum bisa digunakan kembali. Peneliti sempat mencoba menyuntikkan larutan DMI langsung ke sel yang masih utuh, tetapi hasilnya buruk. Versi komersial dari proses ini akan memerlukan pembongkaran baterai dan penanganan material elektroda yang cermat.
Cornell memperkirakan sel yang didaur ulang lewat DEER bisa menelan biaya USD 15,25 per kilogram. Sebagai perbandingan, daur ulang melalui pirometalurgi atau hidrometalurgi mencapai USD 26,31 per kilogram. Estimasi itu belum mencakup pemulihan larutan DMI, yang menyumbang sekitar 63 persen dari total biaya proses. Menggunakan kembali bahan kimia tersebut bisa memperbaiki hitungan ekonomi jika metode ini keluar dari tahap laboratorium.
Penelitian ini hadir ketika perusahaan daur ulang baterai dan para peneliti mencari cara menangani pasokan baterai EV yang menua. Sebagian besar metode masih berfokus pada pemulihan logam. DEER menawarkan opsi lain: menyelamatkan elektroda sebelum baterai benar-benar harus direduksi menjadi bahan kimia penyusunnya.