Revolusi Material dan Energi Pintar

Peneliti Universitas Arkansas mengembangkan pelapis zirconium sulfide ultra-tipis pada katoda NMC811 baterai lithium-ion. Pelapis ini bertugas menangkap oksigen yang dilepaskan selama siklus pengisian dan pengosongan baterai untuk mencegah reaksi berbahaya dalam sel baterai. Pelapis setebal 2 nanometer ini berhasil mengubah oksigen menjadi sulfates, sehingga mencegah oksidasi elektrolit dan kerusakan struktural pada katoda. Dalam pengujian, katoda yang dilapisi bertahan lebih dari 1.000 siklus, jauh lebih lama daripada 200 siklus pada katoda biasa. Dengan pelapis ini, baterai lithium-ion menjadi lebih aman, kapasitasnya tetap tinggi setelah ratusan siklus, dan memperlambat kerusakan mikro pada katoda. Teknologi ini menjadi terobosan potensial bagi pengembangan baterai kendaraan listrik dan perangkat elektronik portabel.

Elestor mengembangkan baterai hydrogen-iron flow yang dapat mempertahankan efisiensi stabil selama lebih dari puluhan ribu siklus pengisian dan pengosongan serta berpotensi bertahan hingga 25 tahun. Teknologi ini menggabungkan gas hidrogen di anoda dengan elektrolit besi berbasis air yang menggunakan bahan murah dan melimpah. Pengujian dilakukan pada prototipe skala besar dengan kondisi operasi industri termasuk suhu tinggi dan arus konstan. Sistem ini menunjukkan efisiensi energi di atas 80 persen dan efisiensi putaran lebih dari 75 persen tanpa mengalami degradasi struktur, serta dapat dipulihkan performanya hanya dengan perubahan operasional tanpa penggantian hardware. Teknologi ini bisa menurunkan biaya investasi hingga sekitar 17 USD per kWh dan biaya penyimpanan selama masa operasi hingga 0,02 USD per kWh, menjadikannya solusi berbasis baterai yang tahan lama, hemat biaya, dan scalable serta potensial menggantikan baterai berbahan logam langka di penyimpanan energi jangka panjang.

Para ilmuwan menggunakan AI untuk menerjemahkan data pengamatan bintang neutron menjadi pemahaman interaksi proton dan neutron. Ini dilakukan melalui analisis gelombang gravitasi dan sinar-X dari peristiwa astrofisika yang dikenal sebagai multimessenger events. Pendekatan ini menembus batas antara dunia makroskopik bintang dan fisika kuantum mikroskopis. Tim riset membangun framework AI yang berfungsi sebagai pengganti supercepat untuk perhitungan kompleks gaya kuat di dalam bintang neutron. Penggunaan dua algoritma, satu berbasis fisika kuantum dan satu lagi jaringan saraf, memungkinkan prediksi sifat fisik bintang seperti ukuran dan deformasi tidal. Pendekatan ini dibandingkan berhasil dengan data eksperimen darat dan menyediakan hasil lebih baik untuk pengamatan masa depan. Peneliti mampu mengidentifikasi kekuatan gaya nuklir dan kemungkinan keberadaan materi eksotik yang tidak bisa diuji di laboratorium Bumi. Ini penting untuk pengembangan pemahaman fisika nuklir dan fenomena tiga partikel dalam kondisi ekstrim. Hasil ini membuka peluang baru dalam astrofisika dan fisika partikel melalui observasi fenomena alam terbesar seperti tabrakan bintang neutron.

Purdue University telah memasang perangkat fusi tabletop Alpha-E untuk pertama kalinya di AS dan menyediakan akses langsung bagi mahasiswa untuk melakukan eksperimen fusi. Perangkat ini kini bagian dari laboratorium instrumen radiasi universitas dan menjadi alat utama untuk riset bersama School of Health Sciences dan School of Nuclear Engineering. Alpha-E dirancang sebagai platform yang aman dan terjangkau untuk eksperimen plasma dan diagnostik fusi di lingkungan terkendali, memungkinkan penggunaan rutin oleh mahasiswa dan dosen. Data yang dihasilkan juga dapat mendukung riset lebih luas dan pelatihan kecerdasan buatan. Penggunaan ini juga mencakup pelatihan pengerasan radiasi untuk elektronik. Langkah ini mengikuti MoU internasional antara Purdue dan Alpha Ring serta menjadi bagian inisiatif global untuk memasukkan teknologi fusi dalam pendidikan akademik. Inisiatif ini diharapkan dapat memperkuat posisi universitas di bidang ilmu kesehatan nuklir sekaligus mencetak tenaga ahli baru untuk sektor energi yang terus berkembang.

Para ilmuwan di IIT Guwahati berhasil mengembangkan mortar semen dengan tambahan mikropartikel yang mampu meningkatkan kekuatan struktural sekaligus menahan radiasi berbahaya. Mortar ini dibuat dengan mencampurkan Boron oksida, Timbal oksida, Bismut oksida, dan Tungsten oksida secara optimal. Penelitian menunjukkan masing-masing mikropartikel memberikan efek berbeda dalam hal penguatan dan penahanan radiasi gamma serta neutron. Mortar tersebut juga diuji selama 28 hari untuk melihat peningkatan kekuatan komprehensifnya sehingga hasilnya cukup signifikan untuk diaplikasikan di fasilitas nuklir. Dengan penerapan mortar tahan radiasi ini, fasilitas nuklir, mikroreaktor, dan layanan medis yang menggunakan radiasi diharapkan menjadi lebih aman dan tahan lama. Penelitian berikutnya meliputi pengujian beton skala penuh dan optimalisasi dosis mikropartikel agar material lebih kuat dan mudah diaplikasikan secara komersial.

Para ilmuwan berhasil mengembangkan metode baru pembuatan quantum dots dengan densitas rendah dan emisi foton lebih cepat, yang penting untuk teknologi komunikasi dan komputasi kuantum. Mereka menggunakan teknik local droplet etching untuk menciptakan nanokavitasi yang diisi dengan lapisan tipis InGaAs yang sangat simetris dan minim deformasi. Quantum dots yang dihasilkan menunjukkan waktu emisi tiga kali lebih cepat dibandingkan metode konvensional dan bisa disesuaikan memancarkan pada panjang gelombang antara 780 hingga 900 nanometer, yang optimal untuk photonik terintegrasi. Struktur ini juga memiliki fine structure splitting rendah, mendukung produksi foton entanglement. Penemuan ini membuka potensi signifikan untuk pengembangan perangkat kuantum dengan performa lebih stabil dan efisien, serta memudahkan isolasi emitters tunggal. Ini dapat mempercepat kemajuan komunikasi kuantum dan komputasi fotonik dengan teknologi lebih praktis dan handal.

Para ilmuwan berhasil mengamati secara langsung bagaimana dendrit lithium berkembang di dalam baterai lithium-ion. Mereka menggunakan mikroskop elektron resolusi tinggi dan platform khusus untuk meneliti kekuatan dan perilaku struktural dendrit. Dendrit ini tumbuh pada anoda dan berisiko merusak baterai. Dendrit lithium ternyata lebih kuat dan rapuh daripada yang diperkirakan sebelumnya, mirip batang spaghetti kering daripada bahan lunak. Pertumbuhan dendrit dilapisi oleh lapisan SEI yang membuatnya kaku dan tajam, memungkinkan mereka menusuk separator baterai dan menyebabkan korsleting. Fraktur dendrit menghasilkan lithium mati yang mengurangi kapasitas baterai. Pemahaman ini penting untuk mengembangkan teknologi baterai lithium-metal yang lebih aman dan tahan lama. Studi ini bisa memandu pembuatan anoda baru atau paduan lithium yang dapat membatasi pertumbuhan dendrit rapuh. Hal ini membuka jalan bagi baterai dengan densitas energi lebih tinggi tanpa risiko keamanan yang meningkat.

Superkomputer Magerit di Madrid, Spanyol, menyediakan kapasitas komputasi tinggi untuk ilmuwan dan peneliti dengan kemampuan memproses triliunan kalkulasi per detik. Sistem ini mendukung simulasi kompleks dan analisis data besar yang sebelumnya sulit dijalankan pada komputer biasa. Inovasi superkomputer ini membantu berbagai bidang riset mulai dari fisika, aeronautika, hingga ekologi dan teknik. Magerit pertama kali dibangun oleh IBM pada 2006 dan terus ditingkatkan hingga versi ketiga pada 2019, dimana kini memiliki 2.920 core untuk paralel processing. Berbagai studi ilmiah menggunakan Magerit untuk simulasi dinamis bahan, prediksi kelembapan dan stres aeronautika melalui pembelajaran mesin, serta analisis dampak kekeringan pada pertumbuhan pohon. Superkomputer ini mempersingkat waktu perhitungan dari bulan menjadi hari atau jam. Jack Dongarra menekankan perlunya integrasi perangkat keras yang hemat energi dengan software inovatif dan pelatihan sumber daya manusia agar superkomputer memberikan dampak besar. Fokus masa depan ada pada teknologi modular, perangkat lunak terbuka, dan kolaborasi global agar superkomputer menjadi infrastruktur strategis untuk mengatasi isu dunia seperti perubahan iklim dan pandemi.

Insinyur dari German Aerospace Center (DLR) berhasil menjalankan serangkaian pengujian kriogenik ekstrem untuk menguji sistem pengantaran hidrogen cair yang dapat digunakan untuk mesin pesawat masa depan. Pengujian ini dilakukan pada suhu -423°F (-253°C), suhu di mana hidrogen berubah menjadi cair. Pengujian menekankan pada transportasi bahan bakar dari tangki ke turbin di pesawat dengan suhu stabil meskipun terjadi perubahan kondisi penerbangan. Dalam pengembangan ini, DLR bekerja sama dengan perusahaan Vanzetti dan Messer Group yang memiliki pengalaman dalam teknologi kriogenik, dan berhasil mencapai Technology Readiness Level 4. Hasil pengujian ini membuka peluang bagi pengoperasian mesin pesawat dengan bahan bakar hidrogen yang bebas emisi karbon. Data yang dikumpulkan akan digunakan untuk simulasi komputer lebih lanjut, yang menjadi langkah penting menuju penerapan nyata hidrogen cair dalam penerbangan komersial.

Departemen Energi AS menyetujui Preliminary Documented Safety Analysis (PDSA) untuk reaktor mikro MARVEL. Persetujuan ini menandai transisi dari tahap desain ke tahap demonstrasi eksperimen fisika nuklir pertama di Idaho. Eksperimen 'dry criticality' dengan daya hampir nol akan menjadi langkah awal pengujian reaktor. MARVEL adalah reaktor mikro yang menggunakan pendingin natrium-potasium dan menghasilkan sekitar 20 kW listrik dengan sistem kontrol reaktivitas inovatif berupa drum berputar. Sistem ini menggantikan batang kendali tradisional dan memungkinkan pengaturan daya yang sangat presisi. Dokumen keselamatan ini berperan sebagai blueprint bagi pengembang reaktor mikro lain dan sudah mempengaruhi proyek DOE lain. Dengan persetujuan keselamatan dan pengujian sistem kontrol yang berhasil, tim MARVEL kini melanjutkan persiapan untuk perakitan penuh dan pengisian bahan bakar. Inovasi ini berpotensi mempercepat ketersediaan reaktor mikro portabel yang bebas karbon. Dampak regulasi dan teknis dari proyek ini diharapkan mendorong adopsi teknologi reaktor canggih di masa depan.