Sel Bahan Bakar di Ponsel Anda

Di sebuah taman industri Los Alamos, NM, tidak jauh dari laboratorium tempat lahirnya bom atom, Robert Hockaday duduk di lab yang berantakan di perusahaan rintisannya Manhattan Scientifics, memegang seukuran kartu nama dari plastik bening. Pemeriksaan lebih dekat menunjukkan pola seperti papan sirkuit dari platinum hitam dan rutenium tercetak di kedua sisi. Alat itu adalah jeroan pembangkit listrik berukuran lima kali 13 sentimeter yang menghasilkan listrik sendiri dengan menggunakan metanol sebagai bahan bakar. Ini mungkin tidak terlihat banyak pada pandangan pertama, tetapi ini adalah salah satu anggota kelas baru dari paket daya kecil yang siap meledak ke pasar-dan yang mungkin memusnahkan salah satu teknologi paling umum di dunia, baterai.



Pembangkit listrik mini ini, yang disebut sel bahan bakar mikro, menjanjikan peningkatan daya yang besar untuk elektronik portabel mulai dari ponsel, komputer laptop, hingga perangkat genggam berkemampuan Web generasi mendatang yang haus daya. Baterai ponsel lithium-ion terbaik saat ini menyediakan rata-rata hanya empat jam waktu bicara; sel bahan bakar mikro dapat menyediakan waktu bicara hingga 20 jam. Dan setelah itu, alih-alih mencolokkan ponsel semalaman, atau menukar baterai, Anda cukup memasang kartrid metanol baru.

obat crispr untuk kebutaan perusahaan

Masa Depan TV

Cerita ini adalah bagian dari edisi November 2001 kami





  • Lihat sisa masalah
  • Langganan

Sel bahan bakar, tentu saja, sudah meledak ke pasar dalam bentuk lain-dan dalam ukuran yang jauh lebih besar. Bus yang ditenagai oleh sel bahan bakar muncul pertama kali, dan mobil menyusul ( melihat Isi dengan Hidrogen , TR November/Desember 2000 ). Sel bahan bakar yang menyediakan daya cadangan untuk rumah dan kantor juga tersedia ( melihat Kekuatan untuk Rakyat , TR Mei 2001 ). Electrolux bahkan telah membuat prototipe penyedot debu sel bahan bakar tanpa kabel. Di antara keuntungan lainnya, sel bahan bakar menggunakan sumber energi yang tersedia, yaitu hidrogen atau metanol, dan hanya menghasilkan air, karbon dioksida, dan panas sebagai produk limbah.

Sekarang, industri bersiap untuk membuat sel bahan bakar yang cukup kecil untuk elektronik konsumen. Membangun sel bahan bakar praktis perangkat kecil yang menghasilkan sepersepuluh watt hingga 50 watt ini menghadirkan tantangan besar dalam bidang teknik dan material, tetapi peluang pasarnya sangat besar. Sel bahan bakar portabel memiliki potensi nyata untuk menguntungkan dalam rentang waktu yang lebih singkat daripada aplikasi sel bahan bakar stasioner atau otomotif, kata Atakan Ozbek, wakil presiden untuk penelitian energi di Allied Business Intelligence, sebuah perusahaan riset teknologi di Oyster Bay, NY. Dalam lima tahun, ini berpotensi menjadi pasar miliaran dolar per tahun. Industri ini akan menendang.

Tidak mengherankan, perlombaan untuk mengkomersialkan teknologi sedang berjalan lancar dan mencakup semua orang dari Motorola dan raksasa elektronik Korea Samsung hingga perusahaan rintisan seperti Hockaday. Para pesaing bertaruh pada desain yang berbeda-dan bahkan kimia yang sedikit berbeda-tetapi mereka memiliki tujuan yang sama: mengambil bagian dari pasar dunia senilai miliar untuk baterai isi ulang.



Aplikasi pertama yang berhasil kemungkinan besar adalah sel bahan bakar metanol yang menghasilkan sekitar sepersepuluh watt dan dapat mengisi ulang baterai konvensional, membebaskan konsumen dari pemantik dasbor atau stopkontak. Berikutnya adalah sel bahan bakar yang cukup kecil untuk benar-benar muat di kompartemen baterai ponsel yang ada namun cukup kuat—satu watt untuk ponsel, 50 watt untuk komputer laptop—untuk digunakan sebagai sumber daya langsung.

Lebih jauh lagi, microchip akan langsung ditenagai oleh sel bahan bakar bawaan. Sel bahan bakar ini akan memberikan keuntungan bagi miniaturisasi dengan menghilangkan kebutuhan akan sumber daya yang terpisah. Mereka akan dirancang khusus untuk menyediakan kebutuhan daya yang tepat. Dan biaya produksi harus turun ketika chip dan sumber daya dibuat sebagai satu unit. Chip self-powered, pada gilirannya, dapat memungkinkan generasi masa depan gadget mandiri, seperti sensor jaringan kecil yang dapat beroperasi di daerah terpencil, mendeteksi polutan, racun biowarfare, atau apa pun yang perlu dideteksi, dan mengirimkan data selama berbulan-bulan.

Menjadi Kecil

Masalah dengan baterai konvensional adalah bahwa mereka mengandalkan elektrokimia yang berasal dari akhir abad ke-18, dan mereka memiliki beberapa keterbatasan yang parah. Terutama, setelah pasokan bahan kimia di dalam baterai selesai bereaksi, baterai akan mati. Anda harus menghubungkannya ke pengisi daya yang dicolokkan ke stopkontak atau membuangnya - sebaiknya di tempat sampah karena bahan beracun seperti kadmium dan merkuri. Dan baterai tidak akan menjadi jauh lebih baik; hampir setiap kombinasi kimia telah dicoba, kata Shimshon Gottesfeld, chief technology officer di Albany, NY-based Mechanical Technology, sebuah perusahaan yang mengembangkan sel bahan bakar mikro. Bahkan baterai terbaik pun memiliki sedikit peluang untuk menghasilkan daya yang jauh lebih tinggi berdasarkan beratnya, katanya.



Sel bahan bakar lebih kompleks, tetapi mereka membawa keuntungan mendasar. Selama ada pasokan hidrogen atau metanol, sel bahan bakar akan menghasilkan listrik. Selain itu, berkat bahan bakar berenergi tinggi yang mereka gunakan, sel bahan bakar menghasilkan lebih banyak energi untuk bobotnya daripada baterai.

cara memulai perusahaan energi

Tetapi sel bahan bakar sulit untuk direkayasa, dan yang lebih kecil adalah yang terberat dari semuanya. Tantangan desain untuk sel bahan bakar mikro dimulai dengan pilihan bahan bakar. Hidrogen tidak praktis; itu adalah gas dan harus dikompresi pada tekanan yang sangat tinggi, dan itupun membutuhkan tangki yang terlalu besar untuk elektronik portabel. Campuran metanol/air lebih mudah disimpan dalam sel bahan bakar kecil, tetapi menggunakannya menciptakan rintangan rekayasa baru. Untuk mengelola bahan bakar cair, diperlukan pompa dan pipa kecil. Lalu ada air limbah. Bahkan pengguna ponsel yang paling bersemangat pun tidak akan mentolerir pasokan listrik yang menetes di bahu mereka, sehingga sel bahan bakar harus menguapkan air. Semua sel bahan bakar menghasilkan panas; versi kecil beroperasi di mana saja dari 15 derajat C hingga panas 60 derajat C. Meskipun ini menyediakan sarana untuk menguapkan air limbah, itu juga membutuhkan keseimbangan isolasi dan ventilasi yang tepat.

Menjejalkan semua ini ke dalam paket bagus seukuran beberapa sel AA menghadirkan tantangan nyata. Dan mengingat persaingan ketat untuk mengkomersialkan sel bahan bakar mikro, sebagian besar pemain korporat cerdik tentang bagaimana mereka mulai memecahkan masalah ini. Ada banyak sikap di antara perusahaan, tetapi itulah yang Anda harapkan pada tahap awal ketika mereka mencoba mempertahankan posisi mereka, kata pengamat sel bahan bakar Chris Dyer, editor Journal of Power Sources. Tapi, tambahnya, Ini bukan asap dan cermin. Ini adalah teknologi nyata dan hanya membutuhkan beberapa teknik cerdas untuk membuatnya bekerja.

Sebagian besar pengamat memperkirakan bahwa sel bahan bakar mikro pertama di rak-rak toko akan menjadi perangkat pengisian menggunakan metanol. Setengah lusin perusahaan sedang mengerjakan variasi pada tema ini, termasuk Manhattan Scientific. Dalam desain Hockaday, komponen sel bahan bakar tidak disusun bertumpuk, seperti sel bahan bakar otomotif tradisional. Sebaliknya, mereka diletakkan berdampingan, seperti komponen pada mikroprosesor, membuatnya sesuai dengan teknik manufaktur semikonduktor.

Mechanical Technology telah mendirikan sebuah perusahaan yang menjual pembangkit listrik sel bahan bakar komersial dan residensial berukuran lemari es. Sekarang, Teknologi Mekanik mengarahkan pandangannya pada hal-hal yang lebih kecil, dimulai dengan perangkat pengisian daya. Kami sangat optimis tentang prospek komersialisasi ini, kata Gottesfeld dari Teknologi Mekanik, mantan direktur program penelitian sel bahan bakar lab Los Alamos. Kami tidak hanya melihat pengisi daya tetapi sistem lengkap untuk ponsel. Kami juga melihat kemungkinan lain seperti laptop, pasar mainan, dan perkakas listrik.

Motorola dan Samsung Korea juga secara aktif mengembangkan prototipe. Hyuk Chang, peneliti utama di Samsung Advanced Institute of Technology di luar Seoul, mengatakan tujuan perusahaan adalah untuk mendemonstrasikan model kerja dalam setahun, sekali lagi dengan perangkat pengisian daya yang memimpin. Saya pikir itu akan memakan waktu dua tahun lagi untuk sampai dari lab ke tangan pelanggan, kata Chang. Pertanyaan sulitnya adalah apa yang akan menjadi aplikasi pertama.

Di Motorola, pemimpin proyek sel bahan bakar Jerry Hallmark mengejar strategi yang menjanjikan kartrid bahan bakar yang lebih kecil. Dia mengatakan perusahaan telah mengembangkan sistem cairan kecil yang akan terus mendaur ulang air dalam campuran bahan bakar metanol-air. Kartrid pengganti hanya bisa membawa metanol murni. Sel bahan bakar tidak dapat berjalan pada metanol pekat; membutuhkan larutan encer. Tapi Anda tidak ingin membawa bahan bakar encer, katanya. Hallmark menambahkan kemungkinan akan memakan waktu tiga sampai lima tahun bagi setiap perusahaan-termasuk Motorola-untuk mulai menjual produk.

Mengemas Pukulan

akan pluto menjadi planet lagi

Apa yang paling diinginkan Motorola dan perusahaan lain adalah sel bahan bakar seperti baterai yang dipasang langsung ke telepon dan elektronik lainnya, untuk memberi daya secara langsung. Ponsel adalah salah satu yang paling sulit, karena orang ingin mengganti baterai mereka dengan sel bahan bakar yang berukuran sama. Saya ingin sekali dapat memberikannya kepada mereka, tetapi kami masih jauh dari memiliki sesuatu seperti itu, kata Hallmark.

Untuk mewujudkan visi tersebut, perusahaan menempuh berbagai strategi. Medis Technologies yang berbasis di New York City yakin dapat membuat sel bahan bakar yang dapat menggantikan baterai ponsel, menyediakan 20 jam waktu bicara ponsel dan ratusan jam siaga pada satu kartrid bahan bakar. Robert K. Lifton, chief executive officer Medis, mengatakan bahwa perusahaan menggunakan cairan elektrolit eksklusif yang dapat beroperasi dengan konsentrasi bahan bakar yang lebih tinggi dan memberikan daya yang lebih besar daripada alternatif konvensional. Tetapi Medis tidak mengatakan secara pasti bagaimana cara kerjanya. Kami memiliki sekitar 17 paten yang diajukan, dan kami menunggu untuk mendapatkannya sebelum kami membahas detailnya, kata Lifton. Strategi bisnis, bagaimanapun, tidak bisa lebih jelas: ini adalah pendekatan pisau cukur. Imbalannya bagi kami adalah isi ulang, sekitar per isi ulang, jelas Lifton. Dia mengatakan Medis akan memiliki prototipe pada akhir tahun ini.

Strategi lain melibatkan membawa metanol sebagai bahan bakar dan kemudian mengubahnya bila diperlukan menjadi hidrogen. Karena hidrogen mengemas lebih banyak daya menurut beratnya daripada metanol, skema tersebut dapat menghasilkan sel bahan bakar yang lebih kuat dan efisien. Robert Savinell, seorang profesor teknik kimia di Case Western Reserve University, sedang mencoba membangun sel bahan bakar sekecil itu; sejauh ini kelompoknya telah membangun prototipe berukuran 25 sentimeter persegi.

Konversi kimia metanol menjadi hidrogen—sering disebut reforming oleh para insinyur—secara teknologi cukup sederhana, kecuali jika Anda mencoba melakukannya pada perangkat berukuran kecil. Orang-orang telah membangun reformer dalam skala besar untuk aplikasi kilowatt, jadi pertanyaannya bukanlah apakah itu berhasil. Pertanyaannya adalah apakah Anda dapat membuatnya cukup kecil untuk muat di ponsel atau laptop, kata Hallmark Motorola.

Kekuatan Chip

ai akan mengambil alih

Di luar hari ketika elektronik datang dengan sel bahan bakar built-in, bukan baterai, batas teknologi lain tampak: membangun sel bahan bakar langsung pada chip. Sudah, kelompok Savinell di Case Western telah membangun prototipe hanya 1,5 sentimeter kali dua sentimeter. Kelompoknya menggunakan teknik mikrofabrikasi untuk mencetak lima sampai enam lapisan komponen sel bahan bakar-membran, elektroda dan katalis-pada wafer keramik dan silikon, dan baru-baru ini pada bahan polimer fleksibel. Pada skala ini, dia menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar, disimpan sebagai natrium borohidrida dan dilepaskan dengan katalis platinum. Harapannya adalah menyediakan daya pada chip dengan sensor dan pemancar—perangkat yang sepenuhnya mandiri, kata Savinell.

Para peneliti di Institut Teknologi Georgia, MIT, Universitas Stanford dan Laboratorium Nasional Sandia di Livermore, CA, juga bekerja untuk membangun sel bahan bakar skala chip. Untuk membuat perangkat ini berjalan pada metanol yang mudah disimpan, Paul A. Kohl, seorang profesor teknik kimia di Georgia Tech, membuat saluran kecil pada silikon yang dapat dilalui metanol dan air. Saluran ini dapat dibuat pada jalur perakitan chip silikon konvensional. Anda dapat merancang sel bahan bakar untuk memasok daya yang Anda inginkan dan menjadi ukuran yang Anda inginkan, kata Kohl.

Selain menyusutkan sel bahan bakar ke skala chip, tujuan jangka panjang lainnya adalah memungkinkan sel bahan bakar untuk secara langsung memanfaatkan kekuatan hidrogen tetapi menghindari tangki bertekanan tinggi. Salah satu pendekatan ambisius akan menggunakan nanotube karbon: molekul karbon seperti pipa yang memiliki kemampuan untuk menyimpan dan melepaskan hidrogen. Para peneliti membayangkan tabung nano penuh hidrogen yang dapat membuat sel bahan bakar tetap bersenandung, tetapi ini akan membutuhkan terobosan dalam bahan dan metode pembuatan, kata Michael Heben, pemimpin kelompok bahan berstruktur nano di Laboratorium Energi Terbarukan Nasional Departemen Energi AS di Golden, CO Bisa jadi seseorang akan melakukan ini minggu depan, atau bisa memakan waktu 20 tahun, katanya.

Hasil yang paling kredibel dan dapat direproduksi hingga saat ini, kata David Tomanek, profesor fisika di Michigan State University, dicapai oleh Mildred Dresselhaus, seorang fisikawan di MIT, dan rekan-rekannya di Akademi Ilmu Pengetahuan China yang melaporkan menemukan cara bagi nanotube karbon untuk menyimpan 4,2 persen dari beratnya dalam hidrogen. Itu mungkin cukup untuk sel bahan bakar mikro, kata Tomanek. Ini akan lebih ringan, lebih kecil dan lebih aman daripada tangki, bahkan pada empat persen, dan ini bisa dilakukan dalam beberapa tahun. Tapi saya optimis, katanya. Dresselhaus sendiri lebih dijaga: Saat ini, kami tidak memiliki tongkat ajaib. Kami memiliki pembukaan yang mengatakan, Ini adalah sesuatu yang harus dicari.’ Langkah selanjutnya masih belum ada. Langkah selanjutnya bisa datang dalam dekade ini, tambahnya, tetapi kita perlu memiliki terobosan besar.

Raksasa elektronik lainnya juga bereksperimen dengan molekul karbon untuk meningkatkan sel bahan bakar mikro. NEC telah melaporkan menggunakan molekul berbentuk tanduk yang dikenal sebagai karbon nanohorn sebagai substrat untuk katalis platinum, menyediakan lebih banyak area permukaan untuk reaksi kimia yang lebih kuat dan lebih banyak daya. Dan Sony mengatakan sedang menggunakan molekul karbon berbentuk bola yang dikenal sebagai fullerene-komponen dasar karbon nanotube-untuk membangun elektrolit yang lebih baik.

Sementara itu, sel bahan bakar mikro pertama dengan cepat mendekati pasar. Tentu saja, prototipe membutuhkan penyempurnaan terus-menerus untuk memastikan bahan bakar tidak bocor dan untuk meningkatkan efisiensinya. Namun rintangan ini relatif kecil, kata pengamat industri. Lagi pula, baterai juga memiliki masalah pengembangan. Baterai lithium berenergi tinggi pertama cenderung terbakar dan bahkan meledak. Seperti yang diketahui pemilik ponsel mana pun, masalah itu telah terpecahkan.

Ada banyak alasan-senilai sekitar miliar, pada kenyataannya-untuk menyarankan hal yang sama akan terjadi dengan sel bahan bakar mikro, menempatkan paket daya kecil yang luar biasa ini di jutaan kantong konsumen. Memang, ketika sel bahan bakar mikro muncul dari laboratorium yang berantakan seperti pos terdepan Los Alamos di Manhattan Scientific, mereka dapat menempatkan baterai, dengan daya terbatas dan sakit kepala pembuangan limbah logam berat, ke tempat sampah teknologi.

bersembunyi

Teknologi Aktual

Kategori

Tidak Dikategorikan

Teknologi

Bioteknologi

Kebijakan Teknologi

Perubahan Iklim

Manusia Dan Teknologi

Bukit Silikon

Komputasi

Majalah Berita Mit

Kecerdasan Buatan

Ruang Angkasa

Kota Pintar

Blockchain

Cerita Fitur

Profil Alumni

Koneksi Alumni

Fitur Berita Mit

1865

Pandangan Ku

77 Jalan Massal

Temui Penulisnya

Profil Dalam Kemurahan Hati

Terlihat Di Kampus

Surat Alumni

Berita

Pemilu 2020

Dengan Indeks

Di Bawah Kubah

Pemadam Kebakaran

Cerita Tak Terbatas

Proyek Teknologi Pandemi

Dari Presiden

Sampul Cerita

Galeri Foto

Direkomendasikan