Saat membongkar baterai laptop lama yang sudah rusak untuk penasaran melihat isinya, saya menemukan gulungan logam tipis berlapis-lapis yang ternyata mengandung sejumlah kecil kobalt, logam yang ironisnya juga menjadi salah satu komoditas tambang paling diperebutkan dunia saat ini. Yang menarik, Indonesia memiliki kekayaan alam berupa nikel dan kobalt yang luar biasa melimpah, bahkan raksasa industri dari Jepang dan China bergabung membangun pabrik baterai lithium terbesar dunia di Morowali, Sulawesi. Fakta itu membuat saya bertanya-tanya, sebenarnya seperti apa peran kobalt yang membuatnya begitu krusial dalam baterai yang menyalakan hampir semua perangkat elektronik portabel di sekitar kita.
Kobalt ditemukan pada tahun 1739 dan merupakan logam berwarna perak-abu-abu yang keras serta mengkilap. Secara komersial, kobalt umumnya diperoleh sebagai produk sampingan dari penambangan nikel dan tembaga, bukan ditambang langsung sebagai komoditas utama. Setidaknya separuh dari pasokan kobalt dunia ditambang dari Republik Demokratik Kongo, sebuah konsentrasi geografis yang menjadi salah satu sumber kerentanan terbesar dalam rantai pasok baterai global saat ini.
Kobalt umumnya digunakan sebagai bahan katoda dalam baterai lithium-ion, tetapi material ini juga digunakan untuk membuat banyak hal lain, termasuk magnet yang sangat kuat, alat pemotong industri, dan paduan logam yang tahan terhadap suhu ekstrem untuk komponen mesin jet. Baik kobalt maupun lithium sebenarnya dapat didaur ulang, meskipun pada praktiknya saat ini daur ulang baterai lithium-ion masih sangat minim dilakukan secara global, sebuah kesenjangan yang menjadi sorotan banyak peneliti lingkungan dan ekonomi sirkular.
Bagaimana Kobalt Bekerja di Dalam Baterai Lithium-ion
Baterai lithium-ion yang dapat diisi ulang pada dasarnya mencakup dua elektroda yang terendam dalam larutan elektrolit dan dipisahkan oleh membran polimer yang bersifat permeabel. Ketika baterai sedang diisi daya, ion lithium bergerak dari katoda yang bermuatan positif menuju anoda yang bermuatan negatif melalui membran polimer tersebut. Sebaliknya, selama proses pemakaian, ion lithium kembali bergerak dari anoda menuju katoda. Dalam proses perpindahan ion ini, elektron dikirimkan ke perangkat elektronik yang terhubung, memberikan daya listrik yang dibutuhkan perangkat tersebut untuk beroperasi.
Karbon grafit adalah bahan anoda yang umum digunakan dalam baterai lithium-ion karena memiliki struktur berlapis yang dapat mendukung dan menyimpan ion lithium berukuran kecil di antara lapisan-lapisannya. Karena tegangan kerja baterai pada dasarnya didasarkan pada perbedaan potensial elektrokimia antara katoda dan anoda, katoda tidak bisa menggunakan material grafit yang sama, dan pada akhirnya sebagian besar karakteristik kinerja baterai lithium-ion justru ditentukan oleh bahan katoda yang dipilih, bukan oleh bahan anodanya.
Katoda menyimpan ion lithium melalui proses yang disebut interkalasi elektrokimia, yaitu urutan di mana ion lithium dimasukkan ke dalam atau ditarik keluar dari lokasi kisi di dalam struktur bahan katoda tersebut. Di antara bahan katoda yang paling mendasar dan banyak digunakan adalah lithium-cobalt-oxide, yang biasa disingkat Li-Co-O2. Ketika baterai yang menggunakan bahan ini diisi dayanya, ion lithium ditarik keluar dari struktur oksida dan dimasukkan ke dalam elektroda grafit. Selama proses pemakaian, terjadi proses sebaliknya di mana ion lithium kembali masuk ke struktur oksida.
Ketika ion lithium dikeluarkan dari struktur oksida di bagian katoda, ion tersebut membawa muatan positif, sehingga kobalt dalam struktur tersebut mengubah keadaan oksidasinya untuk menjaga agar oksida secara keseluruhan tetap netral secara listrik. Sejumlah kecil kobalt bergeser keadaan oksidasinya dari tingkat tiga menjadi tingkat empat untuk mengompensasi hilangnya ion lithium yang bermuatan positif tersebut, sebuah mekanisme kimiawi yang elegan namun sangat sensitif terhadap kemurnian dan kualitas material kobalt yang digunakan.
Mengapa Kobalt Menjaga Stabilitas dan Daya Tahan Baterai
Lithium-cobalt-oxide adalah senyawa interkalasi yang terdiri dari lithium, kobalt, dan oksigen, tersusun dalam lapisan dua dimensi yang berurutan, mulai dari lapisan lithium, kemudian lapisan oksigen, lapisan kobalt, lapisan oksigen yang berbeda, dan kembali ke lapisan lithium yang berbeda lagi. Dalam senyawa interkalasi semacam ini, lithium dapat dihilangkan dari strukturnya, namun struktur dasar keseluruhan harus tetap tidak berubah agar baterai tetap berfungsi dengan baik. Jika struktur tersebut bergeser atau berubah secara permanen, akan menjadi sangat sulit untuk mengembalikan lithium ke posisinya semula, yang pada akhirnya menurunkan kapasitas baterai secara permanen.
Struktur yang diperkuat oleh kobalt mampu mentolerir pelepasan sekitar 60 persen lithium dari strukturnya sebelum mulai mengalami perubahan struktural yang signifikan, dan perubahan ini pun baru terjadi setelah periode pemakaian dalam jangka waktu yang sangat lama. Untuk membuat baterai lithium-ion berperilaku dengan cara yang dapat diprediksi secara konsisten, struktur kerangka katodanya harus tetap konstan dari siklus pengisian ke siklus pengisian berikutnya. Stabilitas struktural inilah yang memungkinkan baterai jenis ini tetap berguna dan dapat diandalkan selama bertahun-tahun, bahkan hingga puluhan tahun pemakaian dengan penurunan kapasitas yang relatif terkendali.
Upaya Mengurangi Ketergantungan pada Kobalt
Mengganti kobalt dengan nikel yang harganya jauh lebih murah sebenarnya masih bisa menciptakan struktur interkalasi yang berfungsi. Namun, jika sejumlah besar lithium dikeluarkan dari struktur oksida nikel, material tersebut akan melepaskan sejumlah besar oksigen, yang berpotensi menjadi bahaya kebakaran serius pada baterai. Aluminium, yang memiliki afinitas tinggi terhadap oksigen, kemudian bisa dimasukkan ke dalam struktur untuk mengurangi risiko bahaya tersebut. Penambahan aluminium ini membantu menyeimbangkan struktur secara kimiawi, meski di sisi lain juga sedikit mengurangi kapasitas total sel baterai yang dihasilkan.
Trade-off semacam ini menjadi alasan mengapa para insinyur baterai terus mencari formulasi optimal antara biaya, keamanan, dan kapasitas, alih-alih sekadar mengganti kobalt secara total dengan material yang lebih murah. Berbagai formulasi katoda yang kini dikenal di pasaran, seperti NMC (nikel-mangan-kobalt) atau NCA (nikel-kobalt-aluminium), pada dasarnya adalah hasil dari upaya menyeimbangkan ketiga faktor tersebut, dengan proporsi kobalt yang terus diturunkan secara bertahap dari generasi ke generasi tanpa menghilangkannya sepenuhnya.
Posisi Strategis Indonesia dalam Rantai Pasok Baterai Global
Kekayaan nikel Indonesia yang melimpah menempatkan negara ini pada posisi strategis dalam rantai pasok baterai kendaraan listrik dunia, mengingat nikel sering menjadi bahan pendamping kobalt dalam formulasi katoda modern, dan keduanya kerap ditambang dari deposit geologis yang serupa. Investasi besar dari perusahaan-perusahaan Jepang dan China untuk membangun fasilitas pengolahan baterai di Morowali bukan kebetulan, melainkan respons langsung terhadap kelimpahan bahan baku yang tersedia di dalam negeri, sekaligus upaya memperpendek rantai pasok yang selama ini sangat bergantung pada penambangan kobalt dari Republik Demokratik Kongo yang lokasinya jauh dan kerap diwarnai isu praktik penambangan yang tidak etis.
Bagi Indonesia, tantangan ke depan bukan hanya soal menambang bahan mentah, melainkan bagaimana membangun nilai tambah melalui hilirisasi, yaitu mengolah nikel dan kobalt mentah menjadi material katoda jadi atau bahkan sel baterai utuh di dalam negeri, alih-alih sekadar mengekspor bahan mentah dengan nilai tambah yang minim. Kebijakan larangan ekspor bijih nikel mentah yang diterapkan pemerintah dalam beberapa tahun terakhir mencerminkan upaya strategis ke arah ini, mendorong investor asing untuk membangun fasilitas pengolahan langsung di Indonesia daripada sekadar mengimpor bahan mentahnya.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Apakah baterai lithium-ion bisa diproduksi tanpa kobalt sama sekali?
Secara teknis sudah ada beberapa formulasi katoda yang berusaha menghilangkan kobalt sama sekali, seperti lithium-iron-phosphate atau LFP, yang memang tidak menggunakan kobalt dalam formulasinya. Namun formulasi semacam ini umumnya memiliki kepadatan energi yang lebih rendah dibanding formulasi berbasis kobalt, sehingga membuat baterai menjadi lebih besar dan lebih berat untuk kapasitas energi yang setara. Pada aplikasi yang menuntut kepadatan energi maksimal seperti kendaraan listrik dengan jarak tempuh panjang, formulasi berbasis kobalt dalam proporsi tertentu masih cenderung dipilih meski sedang terus diturunkan persentasenya dari generasi ke generasi.
Mengapa harga kobalt cenderung sangat fluktuatif dibanding logam tambang lainnya?
Fluktuasi harga kobalt yang tinggi sebagian besar disebabkan oleh konsentrasi pasokan global yang sangat terpusat di satu negara, yaitu Republik Demokratik Kongo, yang membuat pasar sangat rentan terhadap gangguan politik, sosial, atau infrastruktur di negara tersebut. Selain itu, karena kobalt sebagian besar diperoleh sebagai produk sampingan dari penambangan nikel dan tembaga, pasokannya tidak bisa dengan mudah ditingkatkan secara independen hanya berdasarkan permintaan pasar terhadap kobalt itu sendiri, melainkan terikat pada keputusan produksi nikel dan tembaga yang motivasi utamanya seringkali berbeda.
Menutup: Logam Kecil dengan Peran Besar
Kobalt mungkin hanya hadir dalam jumlah kecil pada setiap unit baterai lithium-ion, namun perannya dalam menjaga stabilitas struktur katoda dan memungkinkan baterai berfungsi secara andal selama bertahun-tahun membuatnya menjadi salah satu komponen paling krusial dalam revolusi kendaraan listrik dan elektronik portabel yang sedang berlangsung. Baterai lithium-ion sangat penting bagi pengembangan kendaraan listrik yang terus berlangsung saat ini, dan meski kemajuan teknologi baterai berpotensi mengarah pada pengurangan penggunaan kobalt secara bertahap, yang pada akhirnya bisa mengurangi tekanan terhadap penambangan logam ini dari negara-negara berkembang seperti Republik Demokratik Kongo, kobalt tampaknya akan tetap menjadi komponen penting untuk jenis baterai ini dalam jangka waktu yang masih cukup panjang ke depan. Bagi Indonesia, memahami dinamika ini menjadi penting mengingat posisi strategis negara sebagai salah satu pemilik cadangan nikel terbesar dunia yang erat kaitannya dengan industri kobalt dan baterai global.
