Apa itu Baterai Lithium Ion

1 Apa itu Baterai Lithium Ion？

Baterai adalah sumber tenaga listrik yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia dengan sambungan eksternal untuk memberi daya pada perangkat listrik Baterai litium-ion atau Li-ion adalah jenis baterai isi ulang yang menggunakan reduksi ion litium yang dapat dibalik untuk menyimpan energi dan terkenal dengan kepadatan energinya yang tinggi.

2 Struktur Baterai Lithium Ion

Umumnya sebagian besar Baterai Li-ion komersial menggunakan senyawa interkalasi sebagai bahan aktif. Mereka biasanya terdiri dari beberapa lapisan bahan yang disusun dalam urutan tertentu untuk memfasilitasi proses elektrokimia yang memungkinkan baterai menyimpan dan melepaskan energi--anoda, katoda, elektrolit, pemisah dan pengumpul arus.

Apa itu anoda?

Sebagai salah satu komponen baterai, anoda berperan penting terhadap kapasitas, kinerja, dan daya tahan baterai. Saat mengisi daya, anoda grafit bertanggung jawab untuk menerima dan menyimpan ion litium. Saat baterai habis, ion litium berpindah dari anoda ke katoda sehingga tercipta arus listrik. Umumnya anoda komersial yang paling umum digunakan adalah grafit, yang dalam keadaan litium penuh LiC6 berkorelasi dengan kapasitas maksimal 1339 C/g (372 mAh/g) Namun seiring berkembangnya teknologi, bahan baru seperti silikon telah diteliti untuk meningkatkan kepadatan energi baterai lithium-ion.

Apa itu katoda?

Katoda berfungsi menerima dan melepaskan ion litium bermuatan positif selama siklus arus. Biasanya terdiri dari struktur berlapis oksida berlapis (seperti litium kobalt oksida), polianion (seperti litium besi fosfat) atau spinel (seperti litium mangan oksida) yang dilapisi pada pengumpul muatan (biasanya terbuat dari aluminium) 

Apa itu elektrolit?

Sebagai garam litium dalam pelarut organik, elektrolit berfungsi sebagai media pergerakan ion litium antara anoda dan katoda selama pengisian dan pengosongan.

Apa itu pemisah?

Sebagai membran tipis atau lapisan bahan non-konduktif, separator berfungsi untuk mencegah korslet pada anoda (elektroda negatif) dan katoda (elektroda positif), karena lapisan ini dapat ditembus oleh ion litium tetapi tidak terhadap elektron. Hal ini juga dapat memastikan aliran ion yang stabil di antara elektroda selama pengisian dan pengosongan. Oleh karena itu, baterai dapat menjaga tegangan tetap stabil dan mengurangi risiko panas berlebih, pembakaran, atau ledakan.

Apa itu kolektor saat ini?

Pengumpul arus dirancang untuk mengumpulkan arus yang dihasilkan oleh elektroda baterai dan memindahkannya ke sirkuit eksternal, yang penting untuk memastikan kinerja optimal dan umur panjang baterai. Dan biasanya biasanya terbuat dari lembaran tipis aluminium atau tembaga.

3 Sejarah Perkembangan Baterai Lithium Ion

Penelitian tentang baterai Li-ion yang dapat diisi ulang dimulai pada tahun 1960an, salah satu contoh paling awal adalah baterai CuF2/Li yang dikembangkan oleh NASA pada tahun 1960an. 1965 Dan krisis minyak melanda dunia pada tahun 1970an, para peneliti mengalihkan perhatian mereka ke sumber energi alternatif, sehingga terobosan yang menghasilkan bentuk paling awal dari baterai Li-ion modern dilakukan karena bobot baterai lithium ion yang ringan dan kepadatan energi yang tinggi. Pada saat yang sama, Stanley Whittingham dari Exxon menemukan bahwa ion litium dapat dimasukkan ke dalam bahan seperti TiS2 untuk membuat baterai yang dapat diisi ulang. 

Jadi dia mencoba mengkomersialkan baterai ini tetapi gagal karena tingginya biaya dan adanya logam litium di dalam selnya. Pada tahun 1980 ditemukan bahan baru yang menawarkan tegangan lebih tinggi dan jauh lebih stabil di udara, yang nantinya akan digunakan dalam baterai Li-ion komersial pertama, meskipun bahan tersebut tidak dengan sendirinya menyelesaikan masalah mudah terbakar yang terus-menerus terjadi. pada tahun yang sama, Rachid Yazami menemukan elektroda grafit litium (anoda). Dan kemudian pada tahun 1991, baterai lithium-ion pertama di dunia yang dapat diisi ulang mulai memasuki pasar. Pada tahun 2000-an, permintaan baterai litium-ion meningkat seiring dengan populernya perangkat elektronik portabel, yang mendorong baterai litium ion menjadi lebih aman dan tahan lama. Kendaraan listrik diperkenalkan pada tahun 2010-an, yang menciptakan pasar baru untuk baterai lithium-ion 

Pengembangan proses dan material manufaktur baru, seperti anoda silikon dan elektrolit solid-state, terus meningkatkan kinerja dan keamanan baterai lithium-ion. Saat ini, baterai litium-ion telah menjadi bagian penting dalam kehidupan kita sehari-hari, sehingga penelitian dan pengembangan material dan teknologi baru terus dilakukan untuk meningkatkan kinerja, efisiensi, dan keamanan baterai ini.

4.Jenis Baterai Lithium Ion

Baterai litium-ion tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran, dan tidak semuanya dibuat sama. Biasanya ada lima jenis baterai lithium-ion.

l Litium Kobalt Oksida

Baterai litium kobalt oksida dibuat dari litium karbonat dan kobalt dan juga dikenal sebagai baterai litium kobaltat atau litium-ion kobalt. Mereka memiliki katoda oksida kobalt dan anoda karbon grafit, dan ion litium bermigrasi dari anoda ke katoda selama pengosongan, dengan aliran terbalik saat baterai diisi. Dalam penerapannya, mereka digunakan pada perangkat elektronik portabel, kendaraan listrik, dan sistem penyimpanan energi terbarukan karena energi spesifiknya yang tinggi, laju pelepasan mandiri yang rendah, tegangan pengoperasian yang tinggi, dan rentang suhu yang luas. Namun perhatikan masalah keselamatan terkait terhadap potensi pelarian termal dan ketidakstabilan pada suhu tinggi.

l Litium Mangan Oksida

Litium Mangan Oksida (LiMn2O4) merupakan bahan katoda yang umum digunakan pada baterai litium-ion. Teknologi baterai jenis ini pertama kali ditemukan pada tahun 1980-an, dengan publikasi pertama kali di Buletin Penelitian Material pada tahun 1983. Salah satu keunggulan LiMn2O4 adalah memiliki stabilitas termal yang baik, sehingga kecil kemungkinannya mengalami thermal runaway, sehingga juga lebih aman dibandingkan jenis baterai lithium-ion lainnya. Selain itu, mangan berlimpah dan tersedia secara luas, menjadikannya pilihan yang lebih berkelanjutan dibandingkan bahan katoda yang mengandung sumber daya terbatas seperti kobalt. Oleh karena itu, bahan ini sering ditemukan pada peralatan dan perangkat medis, peralatan listrik, sepeda motor listrik, dan aplikasi lainnya. Terlepas dari kelebihannya, stabilitas siklus LiMn2O4 lebih buruk dibandingkan LiCoO2, yang berarti LiMn2O4 mungkin memerlukan penggantian lebih sering, sehingga mungkin tidak cocok untuk sistem penyimpanan energi jangka panjang.

l Litium Besi Fosfat (LFP)

Fosfat digunakan sebagai katoda dalam baterai lithium besi fosfat, sering dikenal sebagai baterai li-fosfat. Resistansi rendahnya telah meningkatkan stabilitas dan keamanan termal Baterai ini juga terkenal dengan daya tahan dan siklus hidup yang panjang, yang menjadikannya pilihan paling hemat biaya dibandingkan jenis baterai litium-ion lainnya. Oleh karena itu, baterai ini sering digunakan pada sepeda listrik dan aplikasi lain yang memerlukan siklus hidup yang panjang dan tingkat keselamatan yang tinggi Namun kekurangannya membuat sulit untuk berkembang pesat. Pertama, dibandingkan baterai lithium-ion jenis lain, harganya lebih mahal karena menggunakan bahan baku yang langka dan mahal. Selain itu, baterai litium besi fosfat memiliki voltase pengoperasian yang lebih rendah, yang berarti baterai tersebut mungkin tidak cocok untuk beberapa aplikasi yang memerlukan voltase lebih tinggi. Waktu pengisian daya yang lebih lama menjadikannya kelemahan dalam aplikasi yang memerlukan pengisian ulang cepat.

l Lithium Nikel Mangan Kobalt Oksida (NMC)

Baterai Lithium Nikel mangan Cobalt Oxide, sering dikenal sebagai baterai NMC, dibuat dari berbagai bahan yang bersifat universal pada baterai lithium-ion. Katoda yang terbuat dari campuran nikel, mangan, dan kobalt disertakan Kepadatan energinya yang tinggi, performa bersepeda yang baik, dan masa pakai yang panjang menjadikannya pilihan pertama dalam kendaraan listrik, sistem penyimpanan jaringan, dan aplikasi performa tinggi lainnya, yang selanjutnya berkontribusi pada semakin populernya kendaraan listrik dan sistem energi terbarukan. Untuk meningkatkan kapasitas, elektrolit dan aditif baru digunakan agar dapat mengisi daya hingga 4,4V/sel dan lebih tinggi. Ada kecenderungan terhadap Li-ion campuran NMC karena sistem ini hemat biaya dan memberikan kinerja yang baik. Nikel, mangan, dan kobalt adalah tiga bahan aktif yang dapat dengan mudah digabungkan agar sesuai dengan berbagai aplikasi sistem penyimpanan otomotif dan energi (EES) yang sering memerlukan siklus.

 Dari situ kita bisa melihat keluarga NMC menjadi lebih beragam

Namun, efek samping dari hilangnya panas, bahaya kebakaran, dan permasalahan lingkungan dapat menghambat pengembangan lebih lanjut.

l Litium Titanat

Lithium titanate, sering dikenal sebagai li-titanate, adalah jenis baterai yang kegunaannya semakin meningkat. Karena teknologi nanonya yang unggul, ia mampu mengisi dan mengosongkan daya dengan cepat sambil mempertahankan voltase yang stabil, sehingga cocok untuk aplikasi berdaya tinggi seperti kendaraan listrik, sistem penyimpanan energi komersial dan industri, serta penyimpanan tingkat jaringan. Selain keamanan dan keandalannya, baterai ini dapat digunakan untuk aplikasi militer dan luar angkasa, serta menyimpan energi angin dan matahari, serta membangun jaringan pintar. Lebih lanjut, menurut Battery Space, baterai ini dapat digunakan dalam cadangan penting sistem sistem tenaga Namun demikian, baterai lithium titanate cenderung lebih mahal dibandingkan baterai lithium-ion tradisional karena proses fabrikasi rumit yang diperlukan untuk memproduksinya.

5. Tren Perkembangan Baterai Lithium Ion

Pertumbuhan global instalasi energi terbarukan telah meningkatkan produksi energi yang terputus-putus, sehingga menciptakan jaringan listrik yang tidak seimbang. Hal ini menyebabkan adanya permintaan akan baterai. Sementara fokus pada nol emisi karbon dan kebutuhan untuk beralih dari bahan bakar fosil, yaitu batu bara, untuk produksi listrik mendorong lebih banyak pemerintah untuk memberi insentif pada instalasi tenaga surya dan angin. Instalasi ini cocok untuk sistem penyimpanan baterai yang menyimpan kelebihan daya yang dihasilkan. Oleh karena itu, insentif pemerintah untuk memberi insentif pada instalasi baterai Li-ion juga mendorong pengembangan baterai lithium ion Misalnya, ukuran pasar Baterai Lithium-Ion NMC global diproyeksikan tumbuh dari US$ juta pada tahun 2022 menjadi US$ juta pada tahun 2029; diperkirakan akan tumbuh pada CAGR sebesar % dari tahun 2023 hingga 2029  Dan meningkatnya kebutuhan aplikasi yang menuntut beban berat diperkirakan menjadikan baterai lithium ion 3000-10000 segmen dengan pertumbuhan tercepat selama periode perkiraan (2022-2030).

6 Analisis investasi Baterai Lithium Ion

Industri pasar baterai lithium ion diproyeksikan akan tumbuh dari USD 51,16 miliar pada tahun 2022 menjadi USD 118,15 miliar pada tahun 2030, menunjukkan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sebesar 4,72% selama periode perkiraan (2022-2030), yang bergantung pada beberapa faktor.

l Analisis Pengguna Akhir

Instalasi sektor utilitas merupakan pendorong utama sistem penyimpanan energi baterai (BESS). Segmen ini diperkirakan akan tumbuh dari $2,25 miliar pada tahun 2021 menjadi $5,99 miliar pada tahun 2030 dengan CAGR sebesar 11,5%.  Baterai Li-ion menunjukkan CAGR 34,4% lebih tinggi karena basis pertumbuhannya yang rendah. Segmen penyimpanan energi residensial dan komersial adalah area lain dengan potensi pasar yang besar sebesar $5,51 miliar pada tahun 2030, dari $1,68 miliar pada tahun 2021. Sektor industri terus bergerak menuju nol emisi karbon, dengan perusahaan-perusahaan yang membuat janji emisi karbon bersih dalam dua dekade mendatang. Perusahaan telekomunikasi dan pusat data berada di garis depan dalam mengurangi emisi karbon dengan meningkatkan fokus pada sumber energi terbarukan Semuanya akan mendorong pesatnya perkembangan  baterai lithium ion ketika perusahaan menemukan cara untuk memastikan cadangan dan penyeimbangan jaringan yang andal.

l Analisis Jenis Produk

Karena tingginya harga kobalt, baterai bebas kobalt menjadi salah satu tren perkembangan baterai lithium-ion. LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) tegangan tinggi dengan kepadatan energi teoretis yang tinggi adalah salah satu bahan katoda bebas-Co yang paling menjanjikan di masa depan. Lebih lanjut, hasil eksperimen membuktikan bahwa kinerja siklus dan laju C baterai LNMO ditingkatkan dengan menggunakan elektrolit semi padat. Hal ini dapat diusulkan bahwa COF anionik mampu menyerap kuat Mn3+/Mn2+ dan Ni2+ melalui interaksi Coulomb, menahan migrasi destruktifnya ke anoda. Oleh karena itu, pekerjaan ini akan bermanfaat bagi komersialisasi bahan katoda LNMO.

l Analisis Wilayah

Asia-Pasifik akan menjadi pasar baterai lithium-ion stasioner terbesar pada tahun 2030, yang didorong oleh utilitas dan industri. Ini akan menyalip Amerika Utara dan Eropa dengan pasar sebesar $7,07 miliar pada tahun 2030, tumbuh dari $1,24 miliar pada tahun 2021 dengan CAGR sebesar 21,3%. Amerika Utara dan Eropa akan menjadi pasar terbesar berikutnya karena tujuan mereka untuk mendekarbonisasi perekonomian dan jaringan listrik mereka selama dua dekade mendatang. LATAM akan mengalami tingkat pertumbuhan tertinggi pada CAGR sebesar 21,4% karena ukurannya yang lebih kecil dan basis yang rendah.

7 Hal yang Perlu Dipertimbangkan untuk Baterai Lithium Ion Berkualitas Tinggi

Saat membeli inverter surya optik, tidak hanya harga dan kualitas yang harus diperhatikan, faktor lain juga harus diperhatikan.

l Kepadatan Energi

Kepadatan energi adalah jumlah energi yang tersimpan per satuan volume. Kepadatan energi yang lebih tinggi dengan bobot dan ukuran yang lebih sedikit, antar siklus pengisian daya lebih luas.

L kak  Keamanan:

Keamanan adalah aspek penting lainnya dari baterai lithium-ion karena ledakan dan kebakaran yang mungkin terjadi saat pengisian atau pengosongan baterai, sehingga penting untuk memilih baterai dengan mekanisme keamanan yang lebih baik, seperti sensor suhu dan zat penghambat.

aku mengetik

Salah satu tren terkini dalam industri baterai lithium-ion adalah pengembangan baterai solid-state, yang menawarkan berbagai manfaat seperti kepadatan energi yang lebih tinggi dan siklus hidup yang lebih lama. Misalnya, penggunaan baterai solid-state pada mobil listrik akan meningkatkan kemampuan jangkauan dan keselamatan secara signifikan.

l Tingkat pengisian

Kecepatan pengisian daya bergantung pada seberapa cepat baterai terisi dengan aman. Terkadang baterai memerlukan waktu lama untuk diisi sebelum dapat digunakan.

l Umur

 Tidak ada baterai yang bertahan seumur hidup tetapi memiliki tanggal kedaluwarsa. Periksa tanggal kedaluwarsa sebelum melakukan pembelian. Baterai litium ion memiliki umur yang lebih panjang karena kandungan kimianya, namun setiap baterai berbeda satu sama lain tergantung pada jenis, spesifikasi, dan cara pembuatannya. Baterai berkualitas tinggi akan bertahan lebih lama karena bagian dalamnya terbuat dari bahan halus.