Alasan Pengisian Cepat Mengurangi Kapasitas Baterai Mobil

(Universitas Oslo)
(Universitas Oslo)

KBRN, Oslo: Semua baterai isi ulang akan menurun kualitasnya dari waktu ke waktu, tetapi efek negatif ini justru menjadi sangat kuat ketika baterai menerima pengisian cepat. 

Insinyur Senior David Wragg dari Pusat Ilmu Material dan Nanoteknologi di Universitas Oslo menjadi salah satu peneliti di balik penelitian yang menunjukkan alasan ini.

Penelitiannya melihat bahwa ion lithium, yang sangat penting untuk kapasitas baterai, diubah menjadi logam lithium murni dalam proses tersebut dan tidak lagi berguna. Dan yang paling penting: efek ini meningkat saat pengisian cepat.

Satu kutub baterai adalah anoda, dan di kutub lain adalah katoda. Kedua elektroda ini dapat menyimpan elektron dan ion. Di antara mereka ada pemisah dan elektrolit cair yang membantu ion bergerak dari satu sisi ke sisi lain.

Ion-ion dan elektron-elektron berpindah dari satu sisi baterai ke sisi lain saat kita menggunakan arus yang tersimpan di sana dan kembali lagi ke posisinya saat mengisi ulang.

"Mereka menyebutnya mekanisme kursi goyang, di mana Anda mengayunkan besi dan elektron dari satu sisi ke sisi lain."

"Saat masih segar dan bekerja dengan sempurna, baterai dapat menyimpan sejumlah ion, dan itulah kapasitas total sistem," kata Wragg, seperti dikutip dari Universitas Oslo, Minggu (10/10/2021).

Ketika ion-ion, yang tadinya bergerak maju mundur, berubah menjadi logam, mereka tidak lagi dapat bergerak di dalam baterai. Ion-ion diisi dan dapat dipancing bolak-balik. Atom-atom logam bersifat netral, dan tidak dapat dibawa ke kedua arah.

"Begitu lithium diubah menjadi logam, itu benar-benar tidak dapat diakses untuk reaksi elektrokimia lagi. Kapasitasnya benar-benar hilang," kata Wragg.

Ini terjadi di semua baterai lithium-ion yang dapat diisi ulang ketika kita telah mengisinya berkali-kali. Tetapi mengapa itu menjadi lebih buruk ketika kita mengisi daya dengan cepat?

Selama pengisian cepat, jumlah ion yang sama bergerak melalui sistemnya, tetapi jauh lebih cepat. Semua ion harus menemukan tempatnya di anoda dalam waktu yang jauh lebih singkat.

"Ketika Anda mengisi dengan kecepatan ganda, Anda harus memindahkan jumlah ion dan elektron yang sama dalam separuh waktu," kata Wragg.

Jika Anda mengisi daya empat atau enam kali lebih cepat, tentu saja akan lebih sulit.

"Ini sulit karena ada batasan tertentu pada kimia yang terjadi ketika Anda mencoba memasukkan ion lithium ke dalam bahan elektroda padat dengan sangat cepat," kata Wragg.

Anoda, yang menerima ion selama pengisian, terbuat dari grafit, yang terbentuk dari lapisan tipis karbon. Anoda terdiri dari beberapa juta lapisan seperti itu.

"Grafit kosong itu seperti setumpuk kartu dan ion lithium seperti bola kecil yang didorong ke ruang di antara kartu. Masalahnya adalah Anda bisa menemui kemacetan saat Anda mencoba mendorong ion lithium di antara lapisan dalam grafit."

"Anda terus mendorong ion masuk, tetapi, selain ion yang sudah berada di antara lapisan yang dapat mendorong lebih dalam ke tumpukan, tidak ada ruang bagi ion baru untuk masuk. Saat Anda mengisi baterai dengan sangat cepat, lithium tidak menyebar ke seluruh elektroda grafit sama sekali. Itu hanya menempel di dekat elektrolit, di mana anoda dan katoda dipisahkan."

Di sini, dalam kemacetan ini, ion bermuatan menjadi atom netral dan terakumulasi dalam gumpalan kecil logam. Ion-ion tidak bergerak lebih jauh, pada saat yang sama ketika energi diterapkan. Kelebihan energi ini mungkin yang mengubah ion menjadi atom netral dan stabil.

"Ini disebut pelapisan litium. Saat itulah ion litium, alih-alih tetap dalam bentuk ionik, berubah menjadi logam litium. Ini sudah dikenal cukup lama, tetapi tidak benar-benar diamati pada baterai yang berfungsi sebelumnya," Wragg mengatakan.

Namun, ini berhasil dilakukan Wragg dan rekan-rekannya. Menggunakan sinar-X, mereka memindai baterai setiap 25 milidetik, berulang-ulang sambil mengisi daya dengan cepat pada tingkat yang berbeda. Ini memberi mereka sejumlah besar data tentang apa yang terjadi sampai ke tingkat atom.

"Kami benar-benar dapat melihat lapisan lithium menumpuk. Selama pengisian cepat, kami dapat melihat jumlah lithium meningkat sangat cepat. Teori kami adalah bahwa ini ada hubungannya dengan kemacetan ion lithium ini. Kami melihat banyak ion lithium mendekati pemisah dan ini juga tempat kami melihat pelapisan lithium," kata Wragg.

"Hal yang paling mungkin adalah Anda membuat ion lithium ini menumpuk dan mereka tidak dapat mencapai grafit lagi. Mereka terjebak di sana dan ada banyak panas, banyak energi yang dimasukkan ke dalamnya, sehingga mereka berkurang menjadi logam litium."

"Semakin cepat Anda mendorongnya, semakin cepat pelapisan terjadi," kata Wragg.

Studi ini sama sekali bukan akhir dari pengisian cepat. Ini hanya berarti bahwa peneliti harus menemukan solusi baru dan lebih baik.

"Hal utama dari ini adalah bagi orang yang membuat baterai untuk mencoba dan mencari cara untuk meningkatkan transportasi lithium sehingga ketika Anda mengisi daya dengan cepat, ada lebih banyak kesempatan untuk lithium untuk benar-benar melewati seluruh anoda grafit," ucap Wragg.

Menurutnya, para peneliti di seluruh dunia sedang mencari bahan dan metode baru yang dapat membuat baterai tahan pengisian cepat dengan lebih baik.

Reaksi anda terhadap berita ini :

Komentar

00:00:00 / 00:00:00