Baterai Litium-Ion: Evolusi Baterai dalam Era Mobil Listrik
Seiring dengan semakin populernya kendaraan listrik (EV), permintaan Baterai Lithium-Ion (LIB) juga peningkat. Hal ini terutama disebabkan oleh rasio kepadatan energi terhadap berat yang mengesankan (berkisar 120–220 Wh kg−1), yang memungkinkan baterai ini mengungguli teknologi baterai lain seperti baterai Timbal-Asam (PbAB) dan baterai Nikel Metal Hidrida (NiMH). Beroperasi melalui sistem anoda dan katoda standar, kemudahan pengisian dan pengosongan elektron dari ion Li+ memungkinkan pembangkitan energi dalam jumlah besar.
LIB memiliki keunggulan struktur yang telah terbukti menjadi sumber energi yang paling banyak digunakan dan dapat diandalkan untuk kendaraan listrik (EV). Bukti ini dapat dilihat pada skala industri, karena berbagai produsen otomotif (seperti, Tesla Motors) yang telah banyak menggunakan baterai tersebut. LIB memiliki kapasitas kepadatan energi yang sangat baik. Hal ini sebagian besar disebabkan oleh kemampuan katoda-ke-anoda untuk menyimpan listrik dalam jumlah besar (3842 mAh listrik per 1g Li). Dibandingkan dengan baterai lain (misalnya, baterai Asam Timbal, baterai Nikel-Kadmium (Ni-Cd), dan baterai Natrium-Sulfur (Na-S)), LIB jauh mengungguli mereka.
Prinsip kerja Baterai Lithium-Ion yaitu memanfaatkan reduksi dan oksidasi untuk menghasilkan listrik pada kedua elektrodanya. Baterai Lithium-Ion menggunakan komposit yang berstruktur layer, dimana Lithium Cobalt Oxide (LICoO2) sebagai katodanya dan material karbon (sisipan diantara lapisan karbon) sebagai anoda. Jika anoda dan katoda terhubung, maka elektron akan mengalir dari anoda menuju katoda yang menghasilkan listrik. Dibagian dalam baterai terjadi sebuah proses pelepasan ion Lithium pada anoda, kemudian ion tersebut akan berpindah menuju katoda melalui Elektrolit. Dibagian katoda bilangan oksidasi Kobalt akan berubah dari 4 menjadi 3. Hal ini dikarenakan adanya elektron dan ion Lithium yang masuk dari anoda.
Pada proses pengisian LIB, terjadi Internal Combustion engine (ICE). ICE merupakan penyalaan dan pembakaran bahan bakar yang terjadi di dalam mesin itu sendiri. Mesin kemudian mengubah sebagian energi dari pembakaran menjadi kerja. Gas hasil pembakaran yang mengembang mendorong piston, yang selanjutnya memutar poros engkol. Akhirnya, melalui sistem roda gigi di sistem penggerak, gerakan ini menggerakkan roda kendaraan.
Baterai Lithium-Ion terdiri dari Katoda, Anoda, Elektrolit, dan Separator. Komponen anoda merupakan elektroda yang berfungsi sebagai pengumpul ion Lithium dan dapat berperan sebagai material aktif. Anoda memiliki karakteristik tertentu, antara lain memiliki kapasitas energi yang besar, memiliki kemampuan menyimpan dan melepas muatan/ion yang bagus, memiliki tingkat siklus pemakaian yang lama, mudah untuk diproses/dibuat, dan aman dalam pemakaian (tidak beracun). Salah satu material yang dapat berperan sebagai anoda adalah material yang berbasis carbon seperti LiC6 atau grafit.
Sedangkan, komponen katoda merupakan elektroda yang fungsinya sama seperti anoda, tetapi bermuatan positif dengan karakteristik, antara lain material tersebut terdiri dari ion yang mudah melakukan reaksi reduksi dan oksidasi, memiliki konduktivitas yang tinggi seperti logam, memiliki kerapatan energi yang tinggi, memiliki kapasitas energi yang tinggi, memiliki kestabilan yang tinggi (tidak mudah berubah strukturnya atau terdegradasi baik saat pemakaian maupun pengisian ulang), harganya murah dan ramah lingkungan.
Selain itu, komponen elektrolit adalah bagian yang berfungsi sebagai penghantar ion lithium dari anoda ke katoda atau sebaliknya. Terakhir, komponen separator adalah suatu material berpori yang terletak di antara anoda dan katoda berfungsi untuk mencegah agar tidak terjadi hubungan singkat dan kontak antara katoda dan anoda. Tidak hanya sebagai pembatas antar elektroda, separator memiliki peranan penting dalam proses penghasilan listrik, pengisian ulang, dan tentunya keamanan pada baterai litium ion sendiri.
Gambar 1. Komponen-Komponen dalam Baterai Litium-Ion
Kelebihan dan kekurangan baterai Litium-Ion dapat dilihat pada table berikut.
Gambar 2. Proses Pembuatan Baterai Litium-Ion
SUMBER
Perdana, Fengky. (2021). Baterai Lithium. INKUIRI: Jurnal Pendidikan IPA. 9. 113. 10.20961/inkuiri.v9i2.50082.
Ralls, Alessandro M et al. “The Role of Lithium-Ion Batteries in the Growing Trend of Electric Vehicles.” Materials (Basel, Switzerland) vol. 16,17 6063. 4 Sep. 2023, doi:10.3390/ma16176063
.png)