Bagaimana Baterai Mobil Lithium Mengisi Daya

Baterai lithium banyak digunakan dalam elektronik konsumen portabel (ponsel dan laptop), mobil hibrida, dan mobil listrik karena kepadatan energinya yang tinggi yang memungkinkannya untuk menyimpan daya dalam jumlah yang signifikan meskipun ukurannya ringkas dan berat.

Setiap sel baterai mengandung katoda positif, anoda berbasis grafit, dan larutan elektrolit di antara keduanya; kimia kompleksnya melibatkan pengaliran ion litium dan elektron bolak-balik melalui larutan ini.

Bagaimana cara kerjanya?

Baterai lithium-ion adalah komponen integral dari elektronik modern dan mobil listrik, yang mampu diisi dan dikosongkan berulang kali tanpa kehilangan energi. Komposisinya meliputi partikel karbon atau grafit yang tersuspensi dalam oksida logam dan larutan garam litium yang membentuk elektrolit untuk menghasilkan arus. Ketika masa pakainya berakhir, baterai lithium dapat dipreteli untuk didaur ulang dengan sekitar 80 persen komponen yang dapat didaur ulang.

Baterai Li-ion telah menjadi sangat populer karena kepadatan energinya yang superior; sel ini memiliki daya tiga atau empat kali lebih besar per beratnya daripada baterai timbal-asam, mengisi daya dengan cepat, dan kemampuannya mempertahankan daya bahkan setelah berhari-hari atau berminggu-minggu tidak digunakan, menjadikannya pilihan utama untuk perkakas listrik, laptop, dan perangkat seluler lainnya.

Ion litium yang bergerak dari anoda ke katoda melalui elektrolit bergerak melalui interkalasi; selama pengisian, ion-ion tersebut secara fisik masuk di antara lapisan 2D graphene dalam anoda untuk interkalasi. Setelah pemakaian terjadi melalui jalur yang sama tetapi elektron yang dilepaskan dari reaksi oksida logam dikembalikan kembali melaluinya dan bergabung dengan grafit di anoda untuk membentuk senyawa karbon lithiated.

Produsen mulai beralih ke litium sebagai sumber penyimpanan energi pada awal tahun 1990-an karena bahan yang lebih mahal dan lebih langka yang dibutuhkan oleh baterai nikel-kadmium (NiCad) atau nikel-logam hidrida (NiMH). Lithium juga memungkinkan lebih banyak siklus pengisian/pengosongan.

Aki mobil lithium memiliki bahaya yang berbeda: pelarian termal. Hal ini terjadi ketika pengisian daya yang berlebihan, korsleting, atau faktor lain menyebabkannya menjadi terlalu panas, yang menyebabkan lapisan anoda hancur dan elektrolit bocor - berpotensi memicu kebakaran atau mengeluarkan gas beracun - sehingga menyebabkan kebakaran atau emisi gas beracun. Untuk hasil yang optimal, belilah dari produsen terpercaya yang mempertahankan standar keamanan dan daya tahan yang tinggi.

Apa sajakah komponen utamanya?

Baterai lithium bekerja dengan melewatkan ion lithium bolak-balik di antara dua elektroda - katoda positif dan anoda negatif - melalui larutan elektrolit, memberikan daya yang andal untuk perangkat elektronik portabel, sistem cadangan darurat, dan bahkan radio amatir. Tingkat self-discharge yang rendah juga membuat baterai lithium ideal untuk kebutuhan penyimpanan yang lebih lama seperti di daerah terpencil yang tidak memiliki jaringan listrik.

Performa baterai litium sangat bergantung pada bahan yang dipilih untuk elektroda dan elektrolitnya. Anoda biasanya terdiri dari grafit sementara katoda biasanya terdiri dari oksida logam lithium seperti kobalt oksida atau besi fosfat; elektrolit yang terbuat dari garam lithium yang dilarutkan dalam pelarut organik memfasilitasi aliran ion di antara elektroda untuk tujuan pengisian dan penyimpanan - menciptakan kemampuan pembangkitan dan penyimpanan listrik yang ideal untuk kendaraan listrik dan aplikasi lainnya. Kombinasi ini memungkinkan baterai lithium memberikan tingkat kepadatan energi yang tinggi dalam kemasan yang sangat ringkas dan ringan sehingga menjadi pilihan yang sangat baik untuk aplikasi seperti pengisian daya kendaraan listrik atau aplikasi penyimpanan seperti baterai besi fosfat atau kebutuhan penyimpanan seperti baterai besi fosfat.

Pengujian analitis sangat penting dalam produksi baterai lithium untuk memastikan keamanan atau kapasitasnya tidak terganggu oleh kotoran, seperti besi. Besi dapat menghambat reaksi elektrokimia antara elektroda anoda dan katoda dan memperpendek masa pakai baterai; selain itu, air - yang ada di semua elektrolit baterai hingga tingkat tertentu - dapat memperpendek masa pakai dengan meningkatkan korosi dan masalah korsleting.

Baterai lithium-ion telah dikembangkan dengan mempertimbangkan keamanan dan cenderung jauh lebih aman daripada baterai timbal-asam saat menyalakan mobil bermesin pembakaran. Hal ini sebagian karena baterai lithium tidak terlalu rentan terhadap gas buang yang dapat mengakibatkan kebakaran atau ledakan jika ditangani dengan tidak benar, sementara baterai lithium modern juga dilengkapi dengan ventilasi pengaman dan perangkat interupsi arus yang terbuka sebagai respons terhadap panas, tekanan, atau degradasi bahan kimia yang berlebihan.

Bahan baku yang diperlukan untuk baterai litium melimpah dan tersedia secara luas di seluruh dunia, meskipun konsentrasi produksinya di beberapa negara produsen menimbulkan beberapa risiko. Misalnya, Republik Demokratik Kongo saat ini memproduksi sebagian besar kobalt untuk memenuhi permintaan dinamis produsen baterai litium; pasokannya juga dapat dipengaruhi oleh perkembangan kimia dan teknologi sel saat ini yang mengurangi kebutuhan katoda kobalt atau bahkan menghilangkan kebutuhannya sama sekali.

Bagaimana mereka mengenakan biaya?

Baterai lithium-ion memainkan peran penting dalam kehidupan kita setiap hari dengan laptop, ponsel, dan mobil listrik yang mengandalkan baterai ini untuk memberi daya. Bobotnya yang ringan, kepadatan energi yang tinggi, dan kemudahan pengisian daya membuat mobil listrik menjadi mungkin; tetapi baterai lithium juga memiliki risiko; pengisian daya yang tidak tepat dapat menyebabkan baterai menjadi terlalu panas dan memicu kebakaran - oleh karena itu, sangat penting bagi orang-orang untuk memahami cara mengisi daya baterai lithium dengan benar untuk menggunakannya dengan aman.

Setiap baterai terdiri dari ratusan atau bahkan ribuan sel elektrokimia lithium-ion yang sedikit lembek yang disusun secara rapat dan disatukan dengan larutan elektrolit cair. Sel-sel ini biasanya berbentuk silinder atau berbentuk kantong dengan katoda positif (sering kali terbuat dari oksida logam seperti nikel, mangan dan kobalt oksida) yang dihubungkan dengan kabel ke anoda grafit yang bermuatan negatif melalui elektron luar yang dipegang secara longgar pada ion litium yang memungkinkan terjadinya kontak bolak-balik antara elektroda yang menghasilkan reaksi kimia yang menyimpan energi listrik yang disimpan sebagai energi kimia (meskipun dengan beberapa kerugian karena efisiensi coulomb yang rendah di bawah satu).

Pengisi daya baterai litium bekerja dengan menaikkan voltase sistem di atas voltase baterai untuk memasukkan listrik ke dalamnya, dengan pemantauan BMS untuk memastikan tidak ada tindakan berbahaya yang terjadi; tingkat pengisian daya yang cepat juga harus dihindari karena dapat membuat katoda terlalu panas dan memperpendek masa pakai.

Pendekatan yang efektif untuk mengisi daya baterai lithium adalah dengan menerapkan arus yang stabil hingga mencapai 4,2 volt per sel, lalu secara bertahap menguranginya hingga kapasitas 3 persen tercapai, kemudian mematikannya. Proses ini dikenal sebagai pengisian daya tetesan.

Perhatikan baik-baik suhu baterai Anda untuk memperpanjang masa pakainya dan mencegah timbulnya gas prematur dari proses penguraian bahan kimia. Oleh karena itu, sebaiknya pertahankan suhu lingkungan saat menyimpan baterai lithium di luar di lingkungan yang tidak panas atau dingin.

Bagaimana cara mereka keluar?

Baterai lithium menyimpan energi sebagai ion lithium yang bergerak di antara elektroda (katoda positif dan anoda negatif) melalui cairan elektrolit, yang disebut elektrolit. Ketika diisi, sumber daya eksternal memberikan tegangan berlebih pada setiap sel baterai lithium-ion untuk memaksa elektron dari satu elektroda ke elektroda lainnya melalui elektrolitnya - proses transfer ini memungkinkan pengisian daya karena transfer dapat berlangsung dua arah - sehingga memudahkan pengukuran kapasitas dan tegangan bagi pengguna. Perhitungan voltase dan kapasitas bergantung pada jumlah sel serta seberapa baik mereka dikonfigurasikan;

Baterai lithium-ion menggunakan mekanisme pertukaran ion yang menyediakan penyimpanan muatan tingkat tinggi per volume dan massa, menciptakan kepadatan energi dan kepadatan daya yang tinggi - kualitas yang membuatnya menjadi teknologi yang sangat dicari pada mobil listrik yang membutuhkan energi dalam jumlah besar untuk melaju. Waktu pengisian ulang yang cepat dan tingkat pengosongan yang tinggi juga membuatnya cocok untuk aplikasi yang membutuhkan semburan daya singkat seperti aplikasi lonjakan pendek.

Masa pakai baterai lithium-ion bergantung pada kemampuannya untuk mengisi dan mengosongkan daya dari waktu ke waktu, serta bekerja pada suhu yang ekstrem. Seiring waktu, kapasitasnya menurun karena anodanya terkikis, elektrolit menguap, dan resistansi internal meningkat - kehilangan bertahap ini dikenal sebagai pengosongan sendiri yang dapat dihentikan dengan mengurangi kecepatan pengisian daya, kedalaman pengosongan, atau dengan menghindari paparan kondisi ekstrem.

Untuk memproduksi baterai lithium-ion, bahan baku seperti beta-spodumene harus ditambang, dihancurkan, dan digiling terlebih dahulu. Setelah itu, bahan tersebut harus diolah dengan asam sulfat untuk membentuk larutan litium sulfat yang nantinya dapat dimurnikan dengan berbagai teknik. Proses ini biasanya meliputi pengendapan, pertukaran ion, dan ekstraksi pelarut untuk menghilangkan kotoran dari larutan. Setelah litium sulfat murni diisolasi, litium sulfat kemudian dapat diubah menjadi litium karbonat atau litium hidroksida melalui reaksi kimia. Langkah ini mempersiapkan baterai untuk penggunaan otomotif. Baterai lithium-ion mengandung elektrolit cair yang mudah terbakar yang harus ditangani dengan hati-hati untuk melindungi penumpang kendaraan dan penumpang.