Baterai ion litium, sejenis baterai sekunder, merupakan sistem penyimpanan energi isi ulang yang penting yang mendukung berbagai teknologi modern, mulai dari telepon pintar hingga kendaraan listrik. Baterai ini berfungsi melalui pergerakan ion litium antara anoda dan katoda, yang difasilitasi oleh pemisah dan elektrolit, dengan masing-masing komponen memainkan peran penting dalam memastikan penyimpanan dan pelepasan energi yang efisien.
Baterai sekunder, yang juga dikenal sebagai baterai isi ulang atau akumulator, adalah perangkat penyimpanan energi yang dapat diisi dan dikosongkan beberapa kali.
Tidak seperti baterai primer, yang dirancang untuk sekali pakai, baterai sekunder menggunakan reaksi elektrokimia reversibel yang memungkinkannya diisi ulang dengan menerapkan arus listrik eksternal.
Kemampuan untuk diisi ulang ini membuat baterai sekunder lebih hemat biaya dan ramah lingkungan dalam jangka panjang.
Karakteristik utama baterai sekunder meliputi:
Meskipun baterai sekunder menawarkan banyak keuntungan, baterai tersebut mungkin memiliki kepadatan energi yang lebih rendah dan biaya awal yang lebih tinggi dibandingkan dengan baterai primer.
Penelitian yang sedang berlangsung berfokus pada peningkatan kinerja, keamanan, dan keberlanjutannya untuk memenuhi permintaan teknologi dan sistem energi modern yang terus meningkat.
Baterai sekunder tersedia dalam berbagai jenis, masing-masing dengan fitur dan aplikasi yang berbeda.
Jenis yang paling umum meliputi:
Setiap jenis baterai sekunder memiliki kelebihan dan keterbatasannya sendiri, yang membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi berdasarkan faktor-faktor seperti kepadatan energi, biaya, siklus hidup, dan dampak lingkungan.
Baterai lithium-ion menawarkan beberapa keunggulan utama dibanding teknologi baterai lain, yang menjadikannya pilihan utama untuk banyak aplikasi:
Keunggulan ini menjadikan baterai Li-ion ideal untuk berbagai aplikasi, mulai dari elektronik portabel hingga kendaraan listrik dan sistem penyimpanan energi terbarukan.
Baterai lithium-ion, meskipun penggunaannya meluas, memiliki beberapa kelemahan penting:
Selain itu, baterai lithium-ion memerlukan sirkuit perlindungan untuk mencegah pengisian daya berlebih dan pengosongan daya yang dalam, yang menambah kompleksitas pada desain dan penggunaannya.
Meningkatnya permintaan baterai ini juga menimbulkan kekhawatiran tentang ketersediaan mineral utama seperti lithium, kobalt, dan nikel dalam jangka panjang.
Baterai ion litium terdiri dari empat komponen utama: katode, anoda, elektrolit, dan pemisah.
Katode biasanya terbuat dari oksida logam litium, sedangkan anoda biasanya grafit.
Elektrolit, garam litium yang dilarutkan dalam pelarut organik, memfasilitasi pergerakan ion di antara elektroda.
Pemisah mikropori mencegah kontak langsung antara elektroda sekaligus memungkinkan aliran ion.
Baterai beroperasi berdasarkan prinsip interkalasi litium reversibel.
Selama pengisian daya, ion litium bergerak dari katode ke anoda melalui elektrolit, sementara elektron mengalir melalui sirkuit eksternal.
Proses ini menyimpan energi di dalam baterai. Saat pengosongan daya, ion dan elektron berbalik arah, melepaskan energi untuk memberi daya pada perangkat yang terhubung.
Mekanisme "kursi goyang" ion litium yang bergerak maju mundur di antara elektroda memungkinkan sifat baterai yang dapat diisi ulang dan efisiensi energi yang tinggi.
Dalam baterai ion litium, anoda dan katoda memainkan peran penting dalam proses penyimpanan dan pelepasan energi. Anoda, yang biasanya terbuat dari grafit, berfungsi sebagai elektroda negatif selama pelepasan, melepaskan ion litium dan elektron.
Sebaliknya, katoda, yang sering kali terdiri dari senyawa berbasis litium seperti litium kobalt oksida, berfungsi sebagai elektroda positif, menerima ion dan elektron ini.
Selama pengisian daya, peran mereka terbalik, dengan anoda menerima ion litium dan katoda melepaskannya.
Proses pergerakan ion yang dapat dibalik antara elektroda ini, yang difasilitasi oleh elektrolit, memungkinkan baterai untuk menyimpan dan menyalurkan energi listrik secara efisien.
Pemisah merupakan komponen penting dalam baterai lithium-ion, yang berfungsi sebagai membran permeabel antara anoda dan katoda.
Fungsi utamanya meliputi:
Pemisah biasanya terbuat dari film polimer mikropori, seperti polietilena atau polipropilena, yang dirancang untuk menahan lingkungan kimia baterai sambil mempertahankan integritas struktural.
Sifat pemisah, termasuk porositas, ketebalan, dan stabilitas termal, secara langsung memengaruhi kinerja, keamanan, dan umur baterai.
Elektrolit dalam baterai lithium-ion merupakan komponen penting yang memfasilitasi pengangkutan ion antar elektroda. Elektrolit ini biasanya terdiri dari garam lithium yang dilarutkan dalam pelarut organik, dengan aditif untuk meningkatkan kinerja dan keamanan.
Garam lithium yang paling umum digunakan adalah lithium hexafluorophosphate (LiPF6), yang dikenal karena konduktivitas dan stabilitasnya yang sangat baik.
Pelarut organik sering kali mencakup campuran karbonat siklik (seperti etilena karbonat) dan karbonat linier (seperti dimetil karbonat).
Fungsi utama elektrolit meliputi:
Komposisi dan sifat elektrolit berdampak signifikan pada kinerja baterai, termasuk kepadatan energi, daya keluaran, dan siklus hidup.
Penelitian yang sedang berlangsung berfokus pada pengembangan elektrolit canggih, seperti elektrolit solid-state dan konsentrasi tinggi, untuk meningkatkan keamanan dan kinerja pada baterai generasi berikutnya.
Baterai ion litium bergantung pada beberapa bahan baku utama untuk produksinya, dengan komponen yang paling penting adalah:
Permintaan untuk bahan-bahan ini diperkirakan akan tumbuh secara signifikan seiring dengan meningkatnya adopsi kendaraan listrik. Misalnya, permintaan litium diproyeksikan akan meningkat 2,5 hingga 5 kali lipat pada tahun 2030, berpotensi mencapai 240.000 hingga 450.000 ton per tahun.
Meskipun ada kekhawatiran tentang kelangkaan material, para ahli berpendapat bahwa ada cukup sumber daya untuk memenuhi permintaan masa depan, asalkan upaya eksplorasi, produksi, dan daur ulang ditingkatkan sebagaimana mestinya.
Baterai lithium-ion bergantung pada beberapa material utama, dengan cadangan yang sangat bervariasi di seluruh dunia. Australia dan Chili memimpin dalam cadangan lithium, masing-masing memiliki 9,3 juta dan 6,2 juta ton, dengan nilai gabungan lebih dari $500 miliar.
Untuk nikel, komponen penting dalam kimia katode tingkat lanjut, sumber daya global yang teridentifikasi berjumlah total 300 juta ton, dengan deposit signifikan di Indonesia, Australia, dan Brasil.
Tembaga, yang penting untuk konduktivitas baterai, telah mengidentifikasi sumber daya sebesar 2,1 miliar ton secara global, dengan tambahan 3,5 miliar ton diperkirakan dalam deposit yang belum ditemukan.
Cadangan kobalt sangat terkonsentrasi, dengan Republik Demokratik Kongo mendominasi produksi.
Meskipun ada kekhawatiran tentang kelangkaan material, para ahli berpendapat bahwa tidak ada kekurangan mendasar bahan baku untuk baterai lithium-ion.
Seiring meningkatnya permintaan, eksplorasi dan produksi bijih berkualitas rendah kemungkinan akan meluas, memastikan ketersediaan pasokan jangka panjang untuk pasar penyimpanan energi dan kendaraan listrik yang sedang berkembang.
© Matsushima Measure Tech Co., Ltd.