Daftar Isi
Apa itu Baterai Lithium-ion dan Bagaimana Cara Kerjanya?
Baterai lithium-ion (Li-ion) adalah teknologi baterai canggih yang menggunakan ion lithium sebagai komponen utama elektrokimianya.
Jenis baterai ini sangat populer dan serbaguna. Ditemukan di ponsel, laptop, mobil, perkakas listrik, dan beberapa jenis perangkat elektronik lainnya, baterai isi ulang ini juga berdampak pada penanganan material dan peralatan pendukung darat bandara.
Selama siklus pelepasan, atom litium di anoda terionisasi dan dipisahkan dari elektronnya. Ion litium bergerak dari anoda dan melewati elektrolit sampai mencapai katoda, di mana mereka bergabung kembali dengan elektron dan menetralkan secara elektrik.
Saat Anda memasang baterai lithium-ion ke perangkat, ion bermuatan positif bergerak dari anoda ke katoda. Akibatnya, katoda menjadi lebih bermuatan positif daripada anoda. Ini, pada gilirannya, menarik elektron bermuatan negatif ke katoda.
Pemisah dalam sel termasuk elektrolit yang membentuk katalis. Ini mendorong pergerakan ion di antara mereka. Pergerakan ion melalui larutan elektrolit inilah yang menyebabkan elektron bergerak melalui perangkat yang dicolokkan ke baterai.
Baterai lithium-ion dapat diisi ulang. Saat mengisi ulang, ion lithium melalui proses yang sama, tetapi dalam arah yang berlawanan. Ini akan memulihkan baterai untuk penggunaan tambahan.
Ion lithium cukup kecil untuk dapat bergerak melalui pemisah micro-permeable antara anoda dan katoda. Sebagian karena ukuran litium yang kecil (ketiga setelah hidrogen dan helium), baterai Li-ion mampu memiliki tegangan dan penyimpanan muatan per satuan massa dan satuan volume yang sangat tinggi.
Baterai Li-ion dapat menggunakan sejumlah bahan yang berbeda sebagai elektroda. Kombinasi yang paling umum adalah lithium cobalt oxide (katoda) dan grafit (anoda), yang paling banyak ditemukan pada perangkat elektronik portabel seperti ponsel dan laptop.
Bahan katoda lainnya termasuk lithium mangan oksida (digunakan dalam mobil listrik dan listrik hibrida) dan lithium besi fosfat. Baterai Li-ion biasanya menggunakan eter (kelas senyawa organik) sebagai elektrolit.
Komponen Baterai Lithium-ion
Komponen-komponen yang digunakan dalam baterai lithium ion adalah:
a) Sel
Baterai lithium-ion terdiri dari beberapa bagian. Sel, yang berfungsi sebagai pekerja keras baterai, adalah komponen baterai yang paling penting.
Sel terdiri dari bahan baterai berikut:
- Elektroda adalah dua ujung baterai. Salah satunya adalah anoda, dan yang lainnya adalah katoda.
- Anoda menyimpan lithium yang terbuat dari karbon.
- Katoda juga menyimpan litium dan terbuat dari senyawa kimia; sebuah oksida logam.
- Separator (Pemisah) memblokir aliran elektron negatif dan positif di dalam baterai tetapi memungkinkan ion melewatinya.
- Cairan elektrolit berada di antara dua elektroda. Ini membawa ion lithium bermuatan positif dari anoda ke katoda dan sebaliknya tergantung pada apakah baterai sedang diisi atau dikosongkan.
b) Paket Baterai
Paket baterai, yang menampung sel lithium-ion, beroperasi seperti komputer. Ini berisi sebagai berikut:
- Setidaknya satu sensor suhu untuk memantau suhu baterai.
- Sebuah konverter tegangan dan rangkaian regulator yang berfokus pada menjaga tegangan dan arus pada tingkat yang aman.
- Konektor Euro , memungkinkan daya dan informasi untuk masuk dan keluar dari baterai.
- Keran sel mengawasi voltase sel dalam kemasan baterai.
- Battery Monitoring System (BMS) adalah komputer kecil yang mengawasi seluruh baterai dan memastikan keamanan bagi pengguna.
Apa saja kelebihan baterai Li-ion?
Dibandingkan dengan teknologi baterai isi ulang berkualitas tinggi lainnya (nikel-kadmium atau nikel-logam-hidrida), baterai Li-ion memiliki sejumlah keunggulan.
Mereka memiliki salah satu kepadatan energi tertinggi dari semua teknologi baterai saat ini (100-265 Wh/kg atau 250-670 Wh/L).
Selain itu, sel baterai Li-ion dapat menghasilkan hingga 3,6 Volt, 3 kali lebih tinggi dari teknologi seperti Ni-Cd atau Ni-MH.
Ini berarti bahwa mereka dapat memberikan arus dalam jumlah besar untuk aplikasi daya tinggi, yang memiliki baterai Li-ion juga perawatan yang relatif rendah, dan tidak memerlukan siklus terjadwal untuk mempertahankan masa pakai baterai mereka.
Baterai Li-ion tidak memiliki efek memori, proses yang merugikan di mana siklus pelepasan/pengisian sebagian yang berulang dapat menyebabkan baterai ‘mengingat’ kapasitas yang lebih rendah.
Ini merupakan keunggulan dibandingkan Ni-Cd dan Ni-MH, yang menampilkan efek ini. Baterai Li-ion juga memiliki tingkat self-discharge rendah sekitar 1,5-2% per bulan.
Li-ion tidak mengandung kadmium beracun, yang membuatnya lebih mudah dibuang daripada baterai Ni-Cd.
Karena keunggulan ini, baterai Li-ion telah menggantikan baterai Ni-Cd sebagai pemimpin pasar perangkat elektronik portabel (seperti smartphone dan laptop).
Baterai Li-ion juga digunakan untuk memberi daya pada sistem kelistrikan untuk beberapa aplikasi kedirgantaraan, yang menonjol pada Boeing 787 yang baru dan lebih ramah lingkungan, di mana bobot merupakan faktor biaya yang signifikan.
Dari perspektif energi bersih, sebagian besar janji teknologi Li-ion berasal dari aplikasi potensial mereka di mobil bertenaga baterai.
Saat ini, mobil listrik terlaris, Nissan Leaf dan Tesla Model S, sama-sama menggunakan baterai Li-ion sebagai sumber bahan bakar utamanya.
Apa kelemahan baterai Li-ion?
Terlepas dari janji teknologi mereka, baterai Li-ion masih memiliki sejumlah kekurangan, terutama yang berkaitan dengan keselamatan.
Baterai Li-ion memiliki kecenderungan untuk terlalu panas, dan dapat rusak pada tegangan tinggi.
Dalam beberapa kasus ini dapat menyebabkan pelarian termal dan pembakaran. Hal ini telah menyebabkan masalah yang signifikan, terutama landasan armada Boeing 787 setelah insiden kebakaran baterai.
Karena risiko yang terkait dengan baterai ini, sejumlah perusahaan pelayaran menolak untuk melakukan pengiriman massal baterai dengan pesawat.
Baterai Li-ion memerlukan mekanisme keamanan untuk membatasi tegangan dan tekanan internal, yang dapat meningkatkan bobot dan membatasi kinerja dalam beberapa kasus.
Baterai Li-ion juga dapat mengalami penuaan, yang berarti bahwa mereka dapat kehilangan kapasitas dan sering gagal setelah beberapa tahun.
Faktor lain yang membatasi adopsi mereka secara luas adalah biayanya, yang sekitar 40% lebih tinggi dari Ni-Cd.
Mengatasi masalah ini adalah komponen kunci untuk penelitian saat ini ke dalam teknologi.
Akhirnya, meskipun densitas energi Li-ion tinggi dibandingkan dengan jenis baterai lainnya, mereka masih memiliki kepadatan energi sekitar seratus kali lebih rendah daripada bensin (yang mengandung massa 12.700 Wh/kg atau volume 8760 Wh/L).
Bagaimana Baterai Lithium Dibuat?
Selanjutnya, mari kita jelajahi proses pembuatan baterai lithium. Dari pembuatan sel hingga perakitan baterai, setiap langkah dilakukan dengan cermat untuk memastikan keamanan dan keandalan.
Manufaktur Sel
Jadi bagaimana sel-sel baterai lithium dibuat? Anoda dan katoda akan mulai terpisah satu sama lain pada jalur perakitan besar.
Hal ini untuk mencegah terjadinya kontaminasi silang. Keduanya bercampur dengan pengikat konduktif untuk membentuk bubur, dan kemudian foil (aluminium untuk katoda, tembaga untuk anoda) melapisi anoda dan katoda. Oven khusus memanggang foil ke elektroda.
Setelah ini, saatnya untuk melilitkan sel dan memasang terminal. Pabrikan menambahkan ventilasi dan langkah-langkah keamanan lainnya dan menempatkan elektrolit melalui ruang hampa (bereaksi terhadap oksigen dan karenanya tidak dapat bersentuhan dengan udara).
Setelah pabrikan menutup kasing, mereka dapat mengisi dan menguji sel.
Perakitan Paket Baterai
Sekarang mari kita lihat bagaimana sel-sel individual itu bekerja sama untuk membuat baterai.
Pertama, pabrikan mengelas sel ke pelat di kedua sisi anoda dan sisi katoda dan kemudian merakitnya menjadi paket. Pabrikan menguji paket individual dan mencocokkannya bersama untuk membentuk amp-jam yang diinginkan (misalnya, 30 sel individual akan membuat baterai 100Ah).
Setelah ini, pabrikan merakit paket ke dalam kasing dan menghubungkannya ke BMS. Pabrikan akan menguji baterai sama seperti mereka menguji sel dan paket individual untuk memastikan keamanan dan keandalan.
Pentingnya Kualitas Manufaktur
Membuat baterai yang aman dan berkinerja tinggi membutuhkan ketekunan. Seperti yang mungkin sudah Anda ketahui, baterai lithium memiliki risiko keamanan yang besar.
Manufaktur yang salah dan penggunaan yang tidak tepat dapat meningkatkan risiko ini. Ini melibatkan fenomena yang disebut pelarian termal (pada dasarnya, api yang sangat sulit dipadamkan). Ini bisa terjadi ketika sel-sel tidak berfungsi secara seragam.
Tidak hanya itu, tetapi kinerja baterai yang dibuat dengan buruk akan terganggu. Inilah mengapa sangat penting untuk mempercayai produsen baterai Anda.
Anda tidak hanya ingin mendapatkan keuntungan material, tetapi Anda juga ingin tidur nyenyak karena mengetahui baterai Anda berkualitas tinggi dan aman.
Apakah Baterai Lithium Dapat Didaur Ulang?
Dimungkinkan untuk mendaur ulang baterai bekas dan menggunakan kembali lithium dari baterai tersebut. Saat ini, proses daur ulang masih tergolong baru, menantang, dan mahal .
Selain itu, baterai lithium-ion adalah teknologi yang cukup baru, dan mereka bertahan lama. Banyak dari baterai ini belum mencapai akhir masa pakainya dan belum perlu didaur ulang. Karena semakin banyak baterai yang perlu didaur ulang, meningkatkan proses daur ulang sangat penting untuk menciptakan masa depan yang berkelanjutan bagi pasokan alami kita.
Untungnya, perusahaan seperti Redwood Materials menemukan cara yang lebih baik untuk menggunakan kembali baterai sehingga kita dapat menghindari penambangan sumber daya bumi yang berharga.
