Potensi Tersembunyi Sekam Padi dalam Mendukung Pengembangan Teknologi Baterai

Potensi Tersembunyi Sekam Padi dalam Mendukung Pengembangan Teknologi Baterai: Hasil Penelitian Mahasiswa Universitas Diponegoro dalam Kegiatan MBKM di Badan Riset dan Inovasi Nasional

Siapa yang tidak mengenal sekam padi? Sekam padi adalah lapisan keras yang harus digiling terlebih dahulu untuk dipisahkan dari berasnya[1], yang kemudian beras tersebut menjadi nasi yang kita makan sehari-hari. Bagi kebanyakan orang, sekam padi hanya akan digunakan sebagai pakan ternak, atau paling banter menjadi "arang" untuk dibakar[1]. Namun, siapa sangka di dalam sekam padi yang sering dipandang sebelah mata ini, terdapat potensi tersembunyi yang dapat mendukung pengembangan energi, dalam hal ini adalah baterai. Yup, Anda tidak salah baca, mengejutkan bukan?

Potensi sekam padi untuk mendukung pengembangan baterai terungkap dalam sebuah penelitian yang dilakukan oleh mahasiswa Universitas Diponegoro dalam kegiatan MBKM di Badan Riset dan Inovasi Nasional. Menurut penelitian, sekam padi mengandung selulosa, hemiselulosa, dan lignin[2]. Ketiga kandungan tersebut pada dasarnya adalah unsur karbon[3]. Karbon merupakan unsur yang sangat penting, membentuk hampir sepuluh juta unsur senyawa yang ada[4].

Unsur karbon yang berasal dari sekam padi akan digunakan sebagai prekursor suatu bahan dengan dimensi mikroskopis, yaitu karbon kuantum dot. Karbon kuantum dot merupakan bahan baru berdimensi nol yang canggih dengan ukuran kurang dari 10nm[3]. Karbon kuantum dot memiliki keunggulan, antara lain biokompatibilitas[5], mudah larut dalam air[6], tidak beracun[7], dan dapat berpendar[8]. Karbon kuantum dot dapat menjadi alternatif baru dalam mengoptimalkan pengembangan baterai dibandingkan dengan karbon biasa. Bagaimana bisa?

Dalam hal ini, baterai isi ulang mengalami tekanan terhadap permintaan konversi energi, yang menyebabkan perlunya eksplorasi baru terkait penyimpanan energi secara elektrokimia[9]. Dibutuhkan baterai isi ulang dengan karakteristik keamanan yang baik, biaya rendah, dan efisiensi yang tinggi[9]. Baterai isi ulang yang ada saat ini adalah baterai lithium-ion. Baterai lithium-ion dapat dioptimalkan dengan mencari bahan alternatif untuk elektroda dan elektrolit[10]. Di sinilah peran karbon kuantum dot masuk.

Tidak seperti karbon biasa, karbon kuantum dot dapat menjadi bahan alternatif karena efisiensinya dalam penyimpanan muatan, siklus hidup yang panjang, gugus fungsi permukaan yang banyak, keterbasahan antarmuka yang tinggi, dan luas permukaan yang spesifik. Hal ini dikarenakan karbon quantum dot memiliki komposisi dan struktur yang beragam dan kompatibel dengan bahan elektroda[11].

Metode untuk mensintesis sekam padi menjadi karbon kuantum dot disebut dengan metode hidrotermal[12]. Metode hidrotermal sendiri merupakan metode yang menggunakan reaksi kimia dalam air dengan bejana bertekanan tertutup, yang sebenarnya merupakan jenis reaksi yang memanfaatkan temperatur dan tekanan tinggi[13]. Metode hidrotermal dipilih karena mudah, efisien, dan ramah lingkungan[12].

Hasil penelitian yang didapat, menyimpulkan bahwa sekam padi memiliki potensi untuk mendukung kemajuan baterai, dimana sekam padi telah berhasil disintesis menjadi karbon kuantum dot yang memiliki sifat amorf yang baik untuk bahan elektroda baterai lithium[14]. Karbon kuantum dot hasil sekam padi menunjukkan nilai konduktivitas listrik -- yang mengindikasikan seberapa baik suatu bahan elektroda[15] -- memperlihatkan perbedaan yang tidak signifikan dengan bahan semikonduktor lainnya[15]. Karbon kuantum dot dari sekam padi juga memiliki potensi untuk menjadi elektrolit, dengan nilai konduktivitas ioniknya yang menunjukkan hasil yang lebih baik daripada elektrolit yang sering digunakan sebagai elektrolit cair[16] dan mendekati nilai dari elektrolit padat[17]. Berdasarkan hasil ini, sekam padi dapat menjadi bahan alternatif baru untuk aplikasi baterai lithium-ion mengingat potensinya sebagai prekursor karbon kuantum dot.

*Catatan: Hasil riset lengkapnya hadir pada paper yang akan diterbitkan segera (link akan disertakan nantinya)

Referensi:

[1]      Xu QT, Li JC, Xue HG, Guo SP. Binary iron sulfides as anode materials for rechargeable batteries: Crystal structures, syntheses, and electrochemical performance. J Power Sources. 2018 Mar 1;379:41--52.