Cara Kerja Baterai Lithium yang Dapat Diisi Ulang

Memasukkan baterai ke dalam komputer laptop, ponsel, atau kamera digital menyebabkan energi listrik mengalir antara elektroda positif dan negatifnya melalui reaksi kimia, memberikan energi listrik yang dapat diubah menjadi pekerjaan yang berguna seperti mengoperasikan motor atau lampu penerangan.

Baterai litium memberi daya pada elektronik konsumen portabel kami dan juga digunakan pada mobil listrik dan aplikasi penyimpanan daya.

Biaya

Baterai lithium yang dapat diisi ulang memberi daya pada banyak produk konsumen mulai dari ponsel hingga komputer laptop, serta berbagai sistem penyimpanan energi industri dan perumahan. Keunggulan utama baterai ini dibandingkan baterai timbal-asam tradisional adalah kepadatan energinya yang lebih tinggi; mekanisme utamanya menggunakan proses pertukaran ion untuk mentransfer energi antara terminal positif dan negatif. Namun, karena resistensi internal mereka meningkat seiring dengan penggunaan dan usia, sistem manajemen baterai (BMS) mencegahnya mencapai kondisi yang tidak aman.

Baterai lithium-ion terkenal dengan ukurannya yang ringkas dan ringan, menjadikannya pilihan yang sangat baik untuk aplikasi seluler. Digunakan pada perkakas genggam seperti bor, gergaji, dan pengampelas, baterai ini dapat digunakan dalam waktu yang lama tanpa kehilangan daya atau memerlukan penggantian; belum lagi lebih ramah lingkungan daripada alternatif yang tidak dapat diisi ulang.

Teknologi pemangkasan biaya, peningkatan permintaan kendaraan listrik dan biaya produksi yang lebih rendah, semuanya memainkan peran penting. Namun, baterai lithium masih lebih mahal daripada baterai timbal-asam.

Salah satu faktor yang berkontribusi terhadap perbedaan biaya ini adalah tingginya biaya yang terkait dengan bahan baku pembuatan baterai lithium-ion. Lithium dan kobalt, dua logam mulia dan beracun yang ditemukan di dalam baterai, merupakan sumber daya langka dan mahal yang harus diperoleh dari seluruh dunia untuk memproduksi baterai ini. Ketika permintaan untuk kendaraan listrik naik dan permintaan turun, harga lithium akan turun seiring dengan turunnya permintaan; selain itu, pabrik-pabrik baterai baru akan dibuka dan hal ini akan menurunkan harga lebih lanjut, sehingga mendorong industri ini menuju daya saing biaya dengan mobil bermesin pembakaran dalam (internal combustion engine/ICE).

Pertimbangan harga juga mempertimbangkan biaya sistem manajemen baterai (BMS), yang membantu mengendalikan kondisi keselamatan. BMS dapat mencegah baterai terisi terlalu cepat, sehingga membantu memastikan keandalan jangka panjang dan menurunkan biaya secara keseluruhan.

Baterai lithium yang dapat diisi ulang ada di mana-mana di seluruh produk konsumen dan industri, serta menjadi landasan pasar kendaraan listrik (EV) yang terus berkembang. Seiring dengan kepedulian terhadap lingkungan dan peningkatan efisiensi bahan bakar yang mendorong pertumbuhan sektor ini, permintaan akan baterai lithium-ion akan terus meningkat dari waktu ke waktu.

Keamanan

Baterai lithium yang dapat diisi ulang biasanya ditemukan pada perangkat elektronik konsumen portabel, kendaraan listrik, dan sistem penyimpanan energi surya, namun dapat menimbulkan bahaya kebakaran jika digunakan, diisi, atau disimpan secara tidak benar. Baterai yang rusak atau diisi secara berlebihan dapat menyebabkan baterai menjadi terlalu panas dan meledak sehingga mengakibatkan kebakaran yang mengancam bisnis, bangunan, dan lingkungan alam - inilah mengapa NFPA menawarkan beberapa sumber daya yang mempromosikan penggunaan baterai litium yang aman.

Baterai litium memiliki elektroda positif yang terbuat dari lithium cobalt oxide (LiCoO2) dan elektroda negatif yang terbuat dari karbon. Pemisah berada di antara elektroda ini untuk memungkinkan ion-ion bebas melewati cairan elektrolit; selama pengisian daya, ion litium dari LiCoO2 bergerak ke arah karbon untuk menciptakan arus listrik; selama pengosongan, ion-ion tersebut bergerak kembali ke arah LiCoO2, yang berpotensi mempercepat proses ini karena pengisian daya yang berlebihan, kerusakan mekanis, atau suhu yang ekstrem.

Kebakaran baterai lithium-ion dapat menyulitkan petugas pemadam kebakaran untuk memadamkannya dan dapat dengan cepat menyebar, sehingga menyebabkan kerusakan yang luas pada properti, bangunan, dan lingkungan alam. Oleh karena itu, meningkatkan kesadaran karyawan tentang penanganan, penggunaan, penyimpanan, dan pengisian daya baterai litium yang benar sangatlah penting.

Baterai harus disimpan di tempat yang berventilasi baik, karena baterai tidak bereaksi dengan baik terhadap panas dan kelembapan yang tinggi. Selain itu, tempat penyimpanan baterai lithium yang besar (seperti yang digunakan di pembangkit listrik dan kendaraan listrik) harus dipisahkan dari area publik untuk meminimalkan risiko kebakaran.

Selalu pilih baterai lithium dan pengisi daya yang disertifikasi oleh laboratorium pengujian yang diakui secara internasional. Selain itu, perhatikan dengan seksama perangkat apa pun yang menggunakan baterai ini, dan lepaskan baterai jika berbau aneh, menunjukkan tanda-tanda terlalu panas, berubah bentuk secara signifikan, atau bocor atau berasap.

Harapan Hidup

Baterai lithium biasanya bertahan lebih dari 10 tahun jika diisi dan dirawat dengan benar. Baterai ini ideal untuk perkakas listrik, laptop, tablet, kendaraan listrik, dan alat bantu mobilitas, meskipun berapa lama baterai litium benar-benar bertahan akan tergantung pada cara pengisian, penyimpanan, dan penggunaannya.

Baterai litium harus disimpan di lingkungan yang sejuk dan kering serta diisi ulang setelah digunakan, dan dipertahankan pada kondisi pengisian daya (SoC) 30-50% untuk memperpanjang masa pakainya dan memperpanjang usia pakainya.

Baterai litium dirancang untuk beroperasi secara optimal dalam rentang tegangan tertentu. Paparan tegangan yang berlebihan dapat berakibat buruk pada sel, memperpendek masa pakai dan meningkatkan risiko keselamatan. Ketika diisi melebihi ambang batas tegangan yang direkomendasikan, ion lithium mulai terlepas secara tidak terkendali ke anoda yang menyebabkan penebalan lapisan SEI dan berkurangnya kapasitas; terkadang hal ini bahkan dapat menyebabkan pecah atau meledaknya sel!

Kedalaman Pengosongan (Depth of Discharge/DoD) memainkan peran penting dalam umur baterai lithium. Pengosongan di bawah 50% tidak hanya mempersingkat waktu pengoperasian, tetapi juga menghambat kapasitasnya untuk menyimpan daya.

Memelihara baterai lithium memerlukan penggunaan pengisi daya yang secara otomatis mati ketika baterai telah mencapai daya penuh, untuk mencegah pengisian daya berlebih yang dapat mengikis komponen internal dan memperpendek masa pakainya.

Hindari suhu ekstrem yang dapat berdampak buruk pada masa pakai baterai lithium dengan menjaga suhunya antara 20-25 derajat Celcius; hal ini telah terbukti dapat memperpanjang masa pakainya hingga dua kali lipat dibandingkan dengan mengoperasikannya dalam kondisi dingin atau panas yang ekstrem.

Aplikasi

Baterai litium memiliki banyak aplikasi, mulai dari memberi daya pada ponsel dan komputer laptop, hingga menyediakan listrik untuk kendaraan listrik atau penyimpanan energi surya, atau aplikasi medis seperti alat pacu jantung. Baterai litium jauh lebih ringan daripada baterai timbal-asam dan dapat bertahan dalam waktu yang lama tanpa menurunkan performa atau kapasitasnya. Setiap baterai litium terdiri dari anoda, katoda, pemisah, dan elektrolit yang bersama-sama membentuk susunannya. Ion litium disimpan di lokasi anoda dan katoda, sementara pengumpul arus positif dan negatif dipisahkan oleh elektrolit. Ketika pengisian berlangsung, arus listrik mengalir dari pengumpul arus positif ke pengumpul arus negatif. Saat ion lithium bergerak melalui elektrolit dan berinteraksi dengan anoda untuk melepaskan elektron bebas yang kemudian mengalir ke perangkat yang sedang diberi daya, menyebabkannya menghasilkan listrik.

Baterai logam litium pertama kali diciptakan oleh Akira Yoshino, Stanley Whittingham, dan John Goodenough dan dikenal sebagai sel logam litium. Karena ringan dan kepadatan energinya yang tinggi, baterai logam litium ini dengan cepat menjadi populer karena sifatnya yang ringan dan persyaratan penanganannya yang ringan. Namun sayangnya, baterai logam litium harus ditangani dengan hati-hati karena logam bereaksi dengan elektrolit untuk membentuk dendrit yang dapat merusak permukaan elektroda luar, yang pada akhirnya menyebabkan kegagalan anoda dari waktu ke waktu.

Anoda grafit adalah jenis anoda utama yang ditemukan pada baterai litium, menggunakan interkalasi untuk menyimpan ion litium di antara lapisan karbon dalam struktur grafit curah. Hal ini memungkinkan ion litium ditempatkan di antara lapisan karbon di dalam strukturnya untuk tujuan penyimpanan yang memungkinkan anoda berbentuk dengan ukuran dan bentuk yang berbeda; tidak seperti anoda silikon yang berpadu dengan litium untuk meningkatkan kapasitas selama siklus pengisian/pengosongan.

Para peneliti sedang mengeksplorasi bahan baru yang dapat menyimpan lebih banyak ion lithium daripada anoda grafit untuk meningkatkan kapasitas baterai lithium, tetapi menggabungkan bahan baru ini membutuhkan kerja keras dan penelitian yang signifikan, karena membentuk baterai kimia sel penuh membutuhkan beberapa tahap optimasi dan pengembangan yang mungkin memakan waktu berbulan-bulan dan mahal secara finansial.