Energy Storage Nanokomposit Polianilin (PANI) dan Zn-MnO2 dari Bubuk Baterai Bekas Sebagai Upaya Pengelolaan Limbah

Sumber energi utama di bumi merupakan energi nuklir dan fosil. Energi nuklir dan fosil tidak dapat diperbaharui secara berkelanjutan dan kehilangan pasar sebagai energi bersih, sehingga hadir renewable energy. Renewable energy atau energi terbarukan merupakan energi yang berasal dari alam berkelanjutan seperti matahari, angin, dan air tanpa menyebabkan global warming. Berdasarkan data kuantitatif instalasi pembaruan energi dari International Energy Agency (IEA), mengalami peningkatan sebesar 440 gigawatts pada tahun 2023. Renewable energy bersumber pada alam, lantaran bergantung dengan kondisi cuaca. Apabila cuaca sedang mendung atau tidak berangin, mengakibatkan terganggunya proses mengabsorb energi. Dalam kondisi tersebut dapat menggunakan penyimpanan energi (energy storage).

Sistem energy storage atau penyimpanan energi dapat diabsorb oleh listrik melalui energi terbarukan. Adapun sumber lain yang dapat diabsorb yaitu spent battery powder (SBP) atau serbuk baterai bekas. Baterai kering bekas, khususnya Zn-MnO₂ banyak digunakan sebagai sumber daya, oleh karena itu pemanfaatannya sebagai penyimpanan energi yang baru efektif sebagai upaya pengelolahan limbah. Baterai kering bekas yang dimanfaatkan adalah baterai asam bekas. Komponen utama yang terkandung dalam baterai asam bekas adalah superkapasitor MnO₂ dan bubuk grafit, sehingga dapat digunakan untuk pembuatan nanokomposit berbasis polimer konduktif sebagai penyimpanan energi.  Metode dalam pengolahan baterai bekas dapat diimplementasikan dengan menetralisasi logam berharga (seperti Mn dan Zn) melalui proses metalurgi.

Metalurgi merupakan proses pemisahan logam berharga dari konsentrat material lain. Dalam proses tersebut, komponen elektroda positif pada baterai kering asam dinetralkan secukupnya dengan air suling dan larutan encer HCl. Akhirnya diperoleh bubuk baterai bekas (SBP) yang hanya mengandung nanopartikel MnO₂ dan bubuk grafit. Kandungan MnO₂ dalam SBP ditentukan dengan cara melarutkannya dalam larutan HCl pekat pada kondisi pemanasan selama 4 jam. Sehingga dapat diubah menjadi Mn₂+ion dengan reduktor. 

Setelah itu, ion logam yang netral digunakan sebagai prekursor (komponen asal yang terlibat pada reaksi kimia untuk menghasilkan senyawa lain) nanopartikel ZnO, MnO₂ sebagai bahan elektroda untuk superkapasitor, dan partikel ferit Mn-Zn sebagai nano-adsorben yang untuk menghilangkan toksin logam. Untuk meningkatkan konduktivitas listrik yang tinggi (superkapasitor) pada MnO₂ elektroda, dapat menggabungkan dengan komposit PANI (polyaniline).

Jika terdapat MnO₂ berlebih dalam komposit tersebut, graphene (lembaran atom karbon) dapat dimanfaatkan sehingga nanokomposit terner dapat diperoleh. Nanokomposit terner adalah senyawa yang mengandung unsur asam, basa, dan garam dalam skala nano. Nanokomposit terner yang mengandung PANI, bahan nano-karbon (tabung nano-karbon atau graphene), dan MnO₂ telah dirancang untuk penyimpanan energi elektrokimia. Serbuk baterai bekas (SBP) yang diperoleh dari Zn-MnO bekas baterai kering asam digunakan sebagai bahan baku untuk mensintesis nanokomposit PANI melalui oksidasi MnO₂ dalam larutan klorida.

Berdasarkan uji, kondisi sintetik yang dioptimasi dengan menyelidiki morfologi, konduktivitas listrik, dan kinerja elektrokimia nanokomposit menunjukkan stabilitas siklik yang baik. Sehingga, dengan memanfaatkan limbah pembangkit listrik berupa baterai kering bekas untuk penyimpanan energi dapat diterapkan secara berkelanjutan.

Referensi

Duan, X., Den, J., Wang, X., Guo, J., & Liu, P. (2016). Manufacturing conductive polyaniline/graphite nanocomposites with spent battery powder (SBP) for energy storage: A potential approach for sustainable waste management. Journal of Hazardous Materials.

Wesoff, E., & Olano, M. V. (2023, Agustus 25). Chart: Global renewables deployments to hit record levels in 2023. Retrieved from Canary Media: https://www.canarymedia.com/articles/clean-energy/chart-global-renewables-deployments-to-hit-record-levels-in-2023