Baterai lithium-ion rusak dan perlu ditingkatkan

Percaya atau tidak, smartphone yang Anda pegang lebih kuat daripada jaringan komputasi NASA, yang digunakan untuk menempatkan manusia di permukaan bulan pada tahun 1969, dan dengan smartphone Anda, Anda dapat melakukan panggilan dan mengirim pesan juga. karena fitur luar biasa lainnya seperti bermain game dan memutar video. Pencitraan, penyiaran, dan fitur lainnya yang tidak dapat kami daftar sepenuhnya, tetapi semua fitur yang Anda dapatkan melalui smartphone dapat memudar dan perangkat menjadi tidak berguna jika tidak memiliki baterai yang kuat dan dapat diisi ulang. bisa bertahan lama, namun teknologi yang digunakan masih cacat dan perlu dikembangkan.

Baterai lithium-ion

Baterai isi ulang timbal-asam pertama dikembangkan pada tahun 1859 oleh seorang fisikawan Gaston PlantyDan pada tahun 1980, kembangkan dunia John Goodnav Baterai katoda litium kobalt oksida, yang dipasarkan oleh Sony dan digunakan untuk baterai ponsel pada tahun 1991, dan untuk pencapaian ini, Godnav dianugerahi Hadiah Nobel pada bulan Oktober bersama dengan sesama ahli kimia M. Stanley Whittingham dan Akira Yoshino.

Baterai lithium ion bekerja dengan menggabungkan katoda litium oksida (elektroda positif) dengan anoda (elektroda negatif) dan elektrolit (pemisah) yang digunakan sebagai konduktor, ketika baterai diisi dan dikosongkan, ion-ion tersebut berpindah antar elektroda dan menghasilkan energi yang baterai kemudian dapat digunakan.

Hanya lima perusahaan di Jepang, China, dan Korea Selatan yang memproduksi 62% baterai lithium-ion dunia. Permintaan telah tumbuh secara dramatis sejak 2015, ketika China mulai secara agresif mendorong produksi kendaraan listrik domestik seiring dengan pertumbuhan global yang berkelanjutan dalam penjualan smartphone, tablet, dan laptop .

China saat ini memproduksi 60% kendaraan listrik di dunia, dan berusaha untuk mengamankan kendali atas lithium, yang merupakan mineral alami yang melimpah yang ditemukan di air asin dan sebagian besar diproduksi di Amerika Selatan, khususnya di Bolivia, Chili dan Argentina.

Perusahaan China Tianqi Lithium tahun lalu membayar $ 4 miliar untuk saham di perusahaan pertambangan Chili Sociedad Química y Minera, yang secara efektif memberinya kendali atas setengah dari produksi lithium global, dan industri yang menjadi fokus Tianqi adalah pasar baterai lithium-ion. , yang diperkirakan akan bertambah besar. Dari $ 33 miliar pada 2018 menjadi lebih dari $ 73 miliar pada 2024 menurut firma riset pasar Global Market Insights.

Kekurangan baterai lithium-ion

Lithium (disebut emas putih) adalah unsur yang aktif secara kimiawi dibandingkan dengan unsur lainnya, dan di Amerika Selatan, yang menghasilkan sebagian besar litium di dunia, emas putih diekstraksi dari permukaan garam, tetapi metode yang digunakan sangat memakan air di satu permukaan. dari daerah paling kering di dunia, seperti untuk kobalt Mineral lain yang dibutuhkan dalam produksi baterai, hampir secara eksklusif ditemukan di Republik Demokratik Kongo, dan ditambang melalui praktik yang tidak aman, termasuk penggunaan anak-anak sebagai tenaga kerja untuk mengekstraksi. kobalt.

Selain itu, baterai lithium-ion saat ini terlalu mahal untuk didaur ulang, yang berarti sering berakhir di tempat pembuangan sampah, dan orang Amerika membuang sekitar dua miliar baterai lithium-ion setiap tahun. Namun, ada proyek di Swedia dan Jepang yang telah dimulai Daur ulang baterai kendaraan listrik yang masih dapat mempertahankan 70% dari dayanya bahkan setelah bertahun-tahun digunakan.

Meskipun permintaan untuk baterai lithium-ion meningkat pesat, baterai lithium-ion memiliki kelemahan lain, seperti masalah keselamatan dan kerusakan lingkungan, karena lithium-ion adalah bahan yang secara inheren tidak stabil dan ini berarti dapat meledak saat rusak atau terkena panas tinggi. 195 kebakaran dan ledakan antara 2009 dan 2017, termasuk masalah penting yang dihadapi oleh Samsung Galaxy Note 7 pada 2016.

solusi alternatif

Beberapa peneliti dan ahli teknologi berusaha untuk mengatasi tantangan dan kerugian baterai lithium-ion ini sejauh ini, sementara yang lain sedang mengerjakan proses evolusi yang lambat untuk menemukan alternatif dari lithium-ion karena amonia, magnesium, dan natrium semuanya dikembangkan saat ini dan semuanya memiliki kekurangan, termasuk retensi energi yang rendah dan ketidakstabilan material.

"Ada dua teknologi baterai utama yang menunjukkan kemampuan luar biasa untuk industri mobil listrik selama dekade berikutnya," kata Jarvis Toe, wakil presiden eksekutif pemasaran dan produk di Enevate Corporation, perusahaan baterai lithium-ion yang berbasis di Irvine, California. adalah zat aktif yang dapat menyimpan litium, dan memiliki konduktivitas listrik yang tinggi.

Perkembangan besar lainnya adalah pengurangan atau penghapusan kobalt, yang saat ini menyumbang 20% ​​dari biaya bahan yang digunakan dalam baterai lithium-ion biasa, dan harga kobalt telah meningkat dari $ 20 per metrik ton pada tahun 2016 menjadi sekitar $ 80. hari ini, jadi menghilangkan kobalt adalah kunci untuk menurunkan biaya Baterai lithium-ion, itulah sebabnya Panasonic dan Tesla bekerja untuk menghilangkan kobalt dari baterai mereka.

"Teknologi katoda rendah kobalt atau kobalt dapat membantu terus mengurangi biaya baterai EV untuk mendapatkan EV yang lebih terjangkau dan bersertifikat lebih cepat, karena katoda terus menjadi komponen paling mahal dalam sel lithium-ion saat ini, dan teknologi anoda yang mendominasi Silicon menawarkan kemampuan pengisian daya yang sangat cepat bersama dengan kepadatan energi yang tinggi dan fitur keselamatan. "

Tim peneliti telah berhasil mengeksplorasi penggunaan elektroda magnesium kromium oksida dan kawat nano emas untuk menggantikan kobalt yang biasanya terbuat dari katoda, selain baterai "isi ulang" yang dapat mengisi elektrolit. Pembangkit listrik di pinggir jalan di masa depan dapat mengisi ulang kendaraan listrik Anda dengan elektrolit baru saat dibutuhkan, yang menghilangkan kekhawatiran kisaran yang saat ini menjadi masalah utama untuk kendaraan baterai lithium-ion.

Bill Ray, yang bertanggung jawab atas sektor semikonduktor dan elektronik di firma riset pasar Gartner, mengatakan bahwa busa tembaga dapat menggantikan ion litium dalam waktu kurang dari lima tahun, dan mendekati produksi, dan dengan anoda yang lebih besar, yang berarti dapat diisi ulang. sangat cepat. Tentu saja apa yang diinginkan konsumen. "

Beberapa perusahaan, termasuk Ford, sedang mengembangkan baterai solid-state yang bekerja dengan mengganti pemisah elektrolit cair dengan padatan, dan berbagai bahan potensial sedang diteliti termasuk bahan kristal baru, silikon polikristalin LTPS, dan konduktor lithium hidrida superionik., Dan elektrolit keramik.

Teknologi masa depan

Penggunaan zat padat dapat menghasilkan baterai berkapasitas lebih tinggi sekaligus mengurangi risiko kebakaran atau ledakan, meskipun bahan ini jauh dari produksi umum. Laboratorium Federal Swiss untuk Ilmu dan Teknologi Material dan Universitas Jenewa juga telah membuat prototipe baterai baru dikenal sebagai 'solid state'. Secara penuh, baterai ini berpotensi lebih efisien daripada lithium-ion, memiliki kemampuan lebih besar, dan memberikan tingkat keamanan yang tinggi.

"Jika Anda dapat menguasai pengisian daya nirkabel yang andal dalam satu meter, teknologi baterai itu sendiri menjadi kurang penting." “Meskipun ada uji coba pertama yang sedang dilakukan dengan sistem baterai solid-state, teknologi solid-state saat ini memiliki kelemahan dalam hal teknologi dan harga,” kata Sven Schulz, CEO perusahaan Jerman AKASOL untuk baterai berperforma tinggi.

Dia mengharapkan baterai solid-state memasuki pasar pada tahun 2030, meskipun dia yakin bahwa baterai lithium-ion akan tetap menjadi pilihan terbaik setidaknya untuk sepuluh tahun ke depan karena meskipun pengembangan teknologi lithium-ion bukanlah proses revolusioner, itu adalah proses yang revolusioner. meningkatkan langkah demi langkah sebesar 2% menjadi 5%.% Setiap tahun Mengikuti teknologi ini hingga teknologi eksperimental baru muncul adalah hal yang benar untuk dilakukan.

Dalam jangka panjang, beberapa ahli memiliki pandangan yang sama sekali berbeda tentang masa depan daya baterai, Ray mengatakan bahwa pengisian daya induksi nirkabel atau dalam ruangan melalui bantalan di garasi, jalan, atau tempat parkir kota adalah hal yang biasa.

"Saat ini, pengisian daya nirkabel tidak lebih baik daripada mengisi daya dengan kabel. Jika Anda dapat menguasai pengisian daya nirkabel yang andal lebih dari satu meter, teknologi baterai itu sendiri menjadi kurang penting. Perangkat Anda terus-menerus mengandalkan pengisian daya."

Beberapa industri energi memperkirakan bahwa penyimpanan energi domestik, seperti Powerwall Tesla, akan menjadi standar karena unit-unit tersebut berisi baterai lithium-ion yang dapat diisi ulang yang dapat menyimpan listrik 13.5 kilowatt jam, cukup untuk memberi daya pada rumah berukuran sedang selama sehari. tumbuh karena semakin banyak rumah dilengkapi dengan panel surya dan turbin angin, dan Anda perlu menyimpan energi ini.

Akhirnya, karena ketergantungan kita pada berbagai jenis baterai meningkat, insentif komersial akan meningkat untuk mengeksplorasi solusi baru yang lebih andal dan efektif, dan untuk ini kita perlu mendapatkan lebih banyak pengalaman dalam ilmu kimia, fisika, teknik, dan material untuk bersatu. dan sangat penting bagi kami untuk memiliki gelombang kolaboratif besar-besaran yang mengatasi tantangan. Pengembangan teknologi baterai baru.

Sumber:

medium