Oleh: Heru Setyawan
VRFB adalah singkatan dari vanadium redox flow batteries, salah satu jenis baterai yang dapat diisi ulang untuk penyimpanan energi sinar matahari (di sini). Redox berarti “reduction and oxidation” yang berarti proses kimia untuk beterai ini. Reaksi oksidasi-reduksi adalah reaksi kimia dimana bilangan oksidasi molekul, atom atau ion berubah dengan memperoleh atau melepaskan elektron. Baterai ini menggunakan ion vanadium dalam beberapa kondisi oksidasi untuk menyimpan energi potensial.
Baterai menyimpan arus searah dari pengumpul photovoltaic (PV) sinar matahari. Pemakaian ini memanfaatkan kemampuan ion vanadium untuk berada dalam larutan dalam keadaan oksidasi empat (4). Ciri yang mengagumkan dari baterai aliran ini adalah bahwa baterai dibuat sebagai perangkat penyimpanan listrik dengan komponen satu cairan elektroaktif. Saat ini baterai vanadium berukuran besar. Sebagian besar unit VRFB dipakai untuk penyelesaian penyimpanan energi stasiun pembangkit listrik sinar matahari skala besar.
VRFB diperkenalkan pada awal tahun 1930 oleh Pisoort. Pellegri, Speziante dan NASA mengembangkannya selama pertengahan 1970an, tetapi tidak ada yang muncul sebagai teknologi komersial terbukti. Keberhasilan demonstrasi pertama kali dari VRFB untuk penyimpanan sinar matahari adalah pada awal 1980an. Demonstrasi itu dilakukan oleh Maria Skyllas-Kazacos di University of South Wales Australia.
Sebuah VRFB tersusun atas sel-sel daya dimana membran penukar proton (proton exchange membrane, PEM) memisahkan ruang elektrolit. Vanadium adalah elektrolit pada kedua sisi. Ion VO2+ dan VO2+ ada dalam elektrolit setengah sel positif. Ion V3+ dan V2+ ada dalam setengah sel negatif. Larutan vanadium pentoksida (V2O5) membentuk elektrolit dengan melarutkannya dalam asam sulfat. Ini berarti larutan adalah sangat asam.
Di industri, larutan elektrolit vanadium sulfat dibuat secara kimia dengan mereaksikan vanadium pentoksida kemurnian tinggi sebagai bahan baku dengan asam sulfat kemurnian tinggi. Akan tetapi, proses kimia membutuhkan agen pereduksi yang mengizinkan reduksi kation peroksovanadium (VO2+) yang hampir tidak larut ke dalam kation vanadil (VO2+) yang sangat larut, dan agar V2+ mencapai molaritas yang ditargetkan. Agen pereduksi yang sesuai adalah bisa senyawa organik, mis.: asam oksalat, atau senyawa anorganik, mis.: vanadium (III) oksida (V2O3), sulfur atau gas SO2. Selama proses kimia, reaksi pelarutan didorong oleh suhu dan konsentrasi H2SO4 dan agen pereduksi. Sebagai akibatnya, kapasitas produksi tidak selalu dapat diatur.
Electrochem Technologies & Materials Inc. (Montreal, Canada; www.electrochem-technologies.com), mengutip Majalah Chemical Engineering Edisi Februari 2022, baru-baru ini telah mematenkan prosesnya untuk produksi dan mendaur ulang semua elektrolit vanadium yang dipakai dalam VRFB. Teknologi yang dipatenkan adalah teknologi yang berdasarkan pada prinsip elektrokimia.
Berlawanan dengan proses industri saat ini, proses elektrokimia satu tahap hanya didorong oleh jumlah listrik yang dipasok, tanpa membutuhkan bahan kimia tambahan, karena reduksi hanya dilakukan oleh elektron yang disediakan pada katoda. Flowsheet proses yang dipatenkan ditunjukkan pada gambar di bawah. Suspensi (slurri) yang terdiri atas padatan V2O5 dan H2SO4 dielektrolisa dalam kompartemen katoda dari sebuah elektroliser terbagi dengan konfigurasi pelat-dan-kerangka (plate-and-frame) dan dipisahkan dengan membran penukar anion. Elektrolisa dilakukan sampai katolit, yang terdiri dari larutan asam ekuimolar vanadium (III) dan vanadium (IV) sulfat, akhirnya dihasilkan. Sementara itu, dalam kompartemen anoda, anolit (larutan encer H2SO4) dipekatkan sampai konsentrasi maksimal H2SO4 tercapai dan ini dapat dipakai lagi dengan tambahan H2SO4 untuk memproduksi batch baru katolit.
Elkimkor 