Baterai Li-Ion yang Dapat Dipanaskan Sendiri Mengisi Daya dengan Cepat Bahkan pada suhu –42°C, Menawarkan 4.500 Siklus dan Umur Panjang 12 Tahun

• Baterai baru yang dapat dipanaskan sendiri dapat diisi dayanya dalam 15 menit pada suhu serendah -42°C. 
• Ini dapat menahan 4.500 siklus pengisian daya dengan hanya kehilangan kapasitas sebesar 20%. 
• Ini setara dengan 12 tahun masa pakai baterai atau 280.000 mil masa pakai kendaraan listrik.

Perlombaan menarik sedang berlangsung di antara produsen mobil besar untuk meningkatkan kapasitas dan jumlah stasiun pengisian cepat. Pada tahun 2017, Daimler, Volkswagen, Ford, dan BMW membentuk perusahaan patungan untuk membangun 400 stasiun pengisian daya ‘ultracepat’ di seluruh Eropa pada akhir tahun 2020. Sementara itu, Honda berencana meluncurkan kendaraan listrik dengan kemampuan pengisian cepat 15 menit, pada tahun 2022.

Pada bulan Mei 2018, Departemen Energi Amerika Serikat mengumumkan pendanaan sebesar $19 juta untuk mendukung penelitian baterai dan elektrifikasi tingkat lanjut guna meningkatkan daya pengisian hingga 400 kW.

Kendaraan listrik yang ada tidak dapat menahan pengisian cepat dalam kondisi dingin ekstrem karena meningkatkan risiko pelapisan litium – pembentukan logam litium di sekitar anoda selama pengisian daya, sehingga menyebabkan baterai tidak berfungsi seiring waktu.

Baterai lithium tradisional tidak dapat diisi dengan cepat di bawah 10°C. Mengisi daya baterai di bawah titik beku akan mengakibatkan hilangnya kapasitas secara permanen dan peningkatan resistansi internal.

Kini, para peneliti di Pennsylvania State University telah mengembangkan baterai yang dapat memanas sendiri, sehingga memungkinkan pengisian cepat tanpa pelapisan litium, apa pun suhu di luar.

Baterai ini dapat mengisi ulang kendaraan listrik dalam waktu 15 menit – hampir setara dengan pengisian bahan bakar bensin. Hal ini bisa sangat melegakan bagi orang-orang yang tinggal di negara-negara dingin. Mengingat stasiun pengisian daya dipasang secara luas, pemilik dapat menghilangkan rasa khawatir mengenai jangkauan kendaraan dan menempuh jarak yang lebih jauh tanpa rasa khawatir.

Sebelumnya, para ilmuwan membangun sistem baterai di mana pengurasan daya tidak terjadi di bawah suhu beku akibat pemanasan sendiri. Kini, teknik yang sama telah diterapkan untuk membuat baterai terisi dengan cepat (dalam 15 menit) dalam segala kondisi cuaca, termasuk suhu serendah -42°C.

Bagaimana Cara Kerjanya?

Baterai berdesain baru ini memiliki lapisan nikel tipis yang salah satu ujungnya mengarah ke terminal negatif sel, sementara ujung lainnya memanjang ke luar, menciptakan terminal ketiga. Untuk melengkapi rangkaian ini, terdapat sakelar yang terpasang pada sensor suhu yang memungkinkan elektron mengalir melalui kertas nikel ketika suhu kurang dari 20°C.

Aliran elektron menghasilkan pemanasan resistansi pada lapisan nikel, yang pada akhirnya meningkatkan suhu internal baterai. Setelah suhu naik (di atas 20°C), sakelar akan terbuka sehingga arus listrik dapat mengalir ke baterai untuk pengisian daya cepat.

Baterai pemanas sendiri | kredit:Chao-Yang Wang / Penn State

Referensi:PNAS | doi:10.1073/pnas.1807115115 | Negara Bagian Penn

Baterai melakukan semua ini dengan sendirinya; tidak diperlukan campur tangan manusia. Selain itu, stasiun pengisian yang ada tidak perlu diubah. Peralihan antara pemanasan dan pengisian daya dilakukan di dalam sel, bukan di pengisi daya.

Pengujian

Hasil pengujian prototipe sangat mengesankan. Para peneliti menemukan bahwa baterai tersebut memiliki siklus hidup yang luar biasa yang setara dengan lebih dari 12 tahun atau 280.000 mil masa pakai kendaraan listrik. Secara khusus, baterai dapat bertahan dalam 4.500 siklus pengisian cepat (15 menit) dengan hanya kehilangan kapasitas 20% pada suhu 0°C.

Sebaliknya, baterai tradisional dapat kehilangan 20% kapasitasnya hanya dalam 50 siklus pengisian daya pada suhu beku. Hal ini terjadi karena logam litium (berlebihan) mengendap di permukaan anoda, bukan ion litium yang secara efisien bergabung dengan anoda karbon. Saat ini, pengisian daya yang lambat adalah satu-satunya cara yang mungkin untuk menghindari hal ini di bawah 10°C.

Baca:Baterai Aluminium-Graphene Baru Dapat Diisi Dalam 5 Detik

Menurut para peneliti, metode baru mereka menyediakan cara untuk memisahkan kinetika muatan dari pelepasan muatan dalam ilmu baterai dan meningkatkan pengisian daya tanpa memerlukan bahan atau kimia baru. Selain itu, ia menawarkan platform untuk membuat material baterai yang lebih canggih tanpa masalah suhu.

Dari sisi penerapan, teknik ini akan membantu pembuat mobil menggunakan baterai yang lebih kecil dan ringan. Hal ini juga memungkinkan berbagai perangkat elektronik dan perangkat seperti robot luar ruangan, ponsel cerdas segala cuaca, drone, dan satelit mikro dapat beroperasi di ketinggian.