Oleh: Dini Meidita (10415024)
Mikroba dan listrik? Sepertinya merupakan dua kata yang sulit untuk ditemukan koneksi antara keduanya. Tetapi, kini hal tersebut telah terbantahkan oleh penemuan terbaru dalam bidang mikrobiologi dan teknik elektro, yaitu baterai kertas berbasis microbial fuel cell!
Sebenarnya terdapat berbagai jenis baterai kertas yang sedang dikembangkan saat ini, salah satu inovasi yang masih “panas” adalah baterai kertas berbasis microbial fuel cell (MFC). Baterai kertas MFC merupakan sumber listrik portable yang sumber energi listriknya berbasis dari mikroba menggunakan media (case) berupa kertas. Komponen baterai kertas sendiri terdiri dari lapisan tipis logam dan beberapa material lainnya yang ditempelkan pada lapisan kertas kemudian diinjeksikan eksoelektrogen, bakteri khusus yang memiliki kemampuan untuk mentransfer elektron ke luar selnya, yang berada dalam bentuk non-aktif (freeze dried). Elektron yang dihasilkan saat bakteri membuat energi untuk dirinya sendiri dari substrat organik yaitu kertas akan di transfer keluar sel dan diterima oleh elektroda external sehingga memungkinkan adanya aliran elektron dan dihasilkannya energi listrik pada baterai. Baterai kertas ini dapat diaktifkan dengan menambahkan air atau saliva, dalam beberapa menit bakteri yang awalnya non aktif akan aktif kembali karena adanya air, sehingga akan di produksi elektron yang cukup untuk menghidupkan kalkulator dan light emiting diode. Salah satu bakteri yang dapat dan sudah digunakan untuk baterai kertas MFC ini adalah Shewanella oneidensis.
Baterai kertas memiliki kelebihan dan potensi tersendiri dibandingkan dengan baterai konvensional yang beredar di pasaran saat ini, diantaranya adalah: (1) murah karena berbahan baku utama kertas yang relative murah dan mudah didapatkan, (2) flexibel karena kertas juga tipis, ringan, dan flexibel sehingga peralatan yang menggunakan baterai jenis ini dapat menjadi lebih ringan dan tipis, (3) multifungsional, yakni dapat digunakan di berbagai jenis perlatan, (4) ramah lingkungan karena kertas bersifat biodegrable dan biocompatible, (5) bersifat sekali pakai (disposable), (6) sederhana, dan (7) mudah digunakan.
Baterai kertas MFC pada khususnya, memiliki potensi untuk diinkorporasikan ke biosensor berbasis kertas yang banyak digunakan pada peralatan diagnosis kesehatan, seperti peralatan tes dipstick urin untuk mendeteksi kadar glukosa,protein, sel darah putih, dan pH pada urin sebagai penanda terjadinya infeksi. Peralatan diagnosis kesehatan seperti ini juga seringkali dibutuhkan pada daerah-daerah terpencil dan minim sumber daya, dimana sumber listrik dan baterai mungkin tidak tersedia atau terlalu mahal. Akan tetapi, biosensor berbasis kertas tersebut membutuhkan sumber energi untuk meningkatkan sensitifitasnya, walaupun hanya dalam jumlah kecil karena biosensor berbasis kertas ini pada umumnya bersifat sekali pakai. Penggunaan baterai kertas MFC akan lebih efisien untuk diinkorporasikan ke biosensor berbasis kertas, karena dapat diaktifkan dengan mudah dengan sumber air terdekat, seperti saliva dan daya listrik yang dihasilkan relative lebih kecil dan sesuai dibandingkan baterai kertas lainnya.
Terlepas dari segala kelebihan dan potensinya, baterai kertas MFC masih memiliki beberapa kekurangan dan harus dikembangkan lebih lanjut untuk dapat digunakan secara masif. Saat ini, baterai kertas MFC yang telah dikembangkan memiliki umur simpan sekitar empat bulan dan diperlukan peningkatan survivability dan kinerja bakteri (freeze-dried) yang digunakan untuk memperpanjang umur simpannya. Selain itu, kinerja produksi daya listrik oleh baterai kertas MFC juga harus ditingkatkan hingga 1000 kali lipat untuk dapat diaplikasikan. Hal ini dapat dicapai dengan menumpuk dan menghubungkan beberapa baterai kertas menjadi satu.
References:
American Chemical Society. (2018, August 19). A paper battery powered by bacteria. ScienceDaily. Retrieved September 30, 2018 from www.sciencedaily.com/releases/2018/08/180819160713.htm
Glatter, R. (2018, August 20). Paper and Bacteria: The NextGen Battery?. Forbes. Retrieved September 30, 2018 from https://www.forbes.com/sites/robertglatter/2018/08/20/paper-and-bacteria-the-nextgen-battery/#5fe0ad943100
Lee, H., & Choi, S. (2015). An origami paper-based bacteria-powered battery. Nano Energy, 15, 549-557.
Nguyen, T.; Fraiwan, A.; Choi, S. (2014). “Paper-based batteries: A review”. Biosensors and Bioelectronics. 54: 640–649. doi:10.1016/j.bios.2013.11.007