Inilah Cara Kerja Baterai ion Litium

Baterai ion Litium, Bagaimana cara kerjanya?

Catu daya atau Power Supply portable telah menjadi jalur dunia teknologi modern, terutama baterai lithium ion. Bayangkan jika dunia yang semua mobil digerakkan oleh motor induksi dan bukan mesin pembakaran internal. Motor induksi jauh lebih unggul daripada mesin ICE (Internal Combustion Engine) di hampir semua aspek teknik serta lebih kuat dan lebih murah. Mempertimbangkan semua faktor ini, faktor induksi jelas merupakan pilihan yang sempurna untuk sebuah mobil, namun power supply untuk motor induksi adalah hambatan dalam mencapai revolusi motor induksi utama. Namun apakah dari segi kecepatan mobil bensin masih unggul dari pada mobil listrik?

Dalam induksi adalah hambatan nyata dalam mencapai revolusi motor induksi utama dalam industri mobil. Mari kita telusuri bagaimana Tesla dengan bantuan sel-sel lithium-ion mampu memecahkan masalah ini dan mengapa sel-sel lithium ion akan jadi lebih baik di masa depan. 

Baterai ion litium - ilmuteknik.id
Baterai ion litium

Mari ambil sel tesla dari baterai dan membukanya, bisa dilihat ada berbagai lapisan senyawa kimia didalamnya. Baterai ion Litium tesla bekerja dengan konsep menarik yang terkait dengan logam yang disebut potensial elektrokimia atau kecenderungan logam untuk kehilangan elektron. Faktanya sel pertama yang dikembangkan oleh Alessandro Volta lebih dari 200 tahun yang lalu. Didasarkan pada konsep potensi sel elektrokimia ini, serangkaian elektrokimia umum ditunjukkan di sini.

Menurut nilai-nilai ini, litium memiliki kecenderungan tertinggi untuk kehilangan elektron dan fluorin memiliki kecenderungan paling kecil untuk kehilangan elektron. Volta mengambil dua logam dengan potensi elektrokimia yang berbeda dalam hal ini yaitu seng dan perak dan menciptakan aliran listrik eksternal.

YUK Baca Juga >>> TERNYATA INI ALASAN MENGAPA DILARANG BERMAIN HP DI SPBU

Sony membuat model komersial pertama baterai ion Litium pada tahun 1991. Didasarkan pada konsep potensial elektrokimia yang sama lithium yang memiliki kecenderungan tertinggi untuk kehilangan elektronlah yang digunakan dalam sel-sel lithium ion.

Lithium hanya memiliki satu elektron di kulit terluarnya dan selalu ingin kehilangan elektron ini, karena alasan inilah lithium murni adalah logam yang sangat reaktif bahkan bereaksi dengan air dan udara.

Trik dari operasi baterai ion Litium adalah fakta bahwa lithium dalam bentuknya yang murni adalah logam yang reaktif, tetapi ketika lithium adalah bagian dari oksida logam ia cukup stabil. Pikirkan bahwa kita telah memisahkan atom lithium dari oksida logam ini. Atom lithium ini sangat tidak stabil dan langsung akan membentuk ion lithium dan elektron. Namun lithium sebagai bagian dari oksida logam jauh lebih stabil daripada keadaan ini.

Jika Anda dapat memberikan dua jalur berbeda untuk aliran elektron dan lithium ion, antara lithium dan oksida logam. Atom lithium akan secara otomatis mencapai bagian oksida logam. Selama proses ini kami menghasilkan listrik dari aliran elektron melalui satu jalur. Dari diskusi ini jelas bahwa kita dapat menghasilkan listrik dari oksida logam lithium ini jika kita pertama-tama memisahkan atom lithium dari oksida logam lithium dan yang kedua memandu elektron yang hilang dari atom lithium tersebut melalui sirkuit eksternal.

Stasiun Pengisian Tesla - ilmuteknik.id
Tesla Charging Stations

Mari kita lihat bagaimana sel-sel lithium ion mencapai 2 tujuan ini. Sel lithium ion yang praktis juga menggunakan elektrolit dan grafit, grafit memiliki struktur berlapis-lapis dan lapisan ini terikat secara longgar sehingga ion lithium yang dipisahkan dapat disimpan dengan sangat mudah disana. Elektrolit antara grafit dan oksida logam bertindak sebagai pelindung yang hanya membiarkan ion lithium saja yang melewatinya. 

Sekarang mari kita lihat apa yang terjadi ketika anda menghubungkan sumber daya di pengaturan ini. Sisi positif dari sumber daya jelas akan menarik dan menghilangkan elektron dari atom lithium oksida logam. Elektron ini mengalir melalui sirkuit eksternal karena mereka tidak dapat mengalir melalui elektrolit dan mencapai lapisan grafit, sementara itu ion lithium bermuatan positif akan tertarik ke terminal negatif dan akan mengalir melalui elektrolit. Ion – ion lithium juga akan mencapai ruang lapisan grafit dan terperangkap di sana, setelah semua atom lithium mencapai lembaran grafit sel terisi penuh, dengan demikian kita telah mencapai tujuan pertama yaitu ion litium dan elektron yang terlepas dari oksida logam.

Seperti yang kita diskusikan, ini adalah keadaan yang tidak stabil seolah-olah sedang berada di ujung tanduk. Segera setelah sumber daya dilepaskan dan beban dihubungkan, ion lithium ingin kembali ke keadaan stabilnya sebagai bagian dari oksida logam. Karena kecenderungan ini ion lithium bergerak melalui elektrolit dan elektron melalui beban sama seperti meluncur menuruni bukit.

Jadi kita mendapat arus listrik melalui beban, harap dicatat bahwa grafit tidak memiliki peran dalam reaksi kimia sel lithium ion. Grafit hanyalah media penyimpanan untuk ion lithium, jika suhu internal sel naik karena beberapa kondisi abnormal elektrolit cair akan mengering dan akan terjadi hubungan pendek antara anoda dan katoda, dan ini dapat menyebabkan kebakaran atau ledakan. Untuk menghindari situasi seperti itu lapisan isolasi yang disebut separator kemudian ditempatkan di antara elektroda.

YUK !!! Tambah ILMU Kalian >>> KELEBIHAN DAN KELEMAHAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA NUKLIR

Separator ini permeabel untuk ion lithium kecil karena mikroporositasnya, dalam sel praktiknya grafit dan oksida logam dilapisi foil tembaga dan aluminium. Foil bertindak sebagai kolektor disini, data positif dan negatif dapat dengan mudah dikeluarkan dari kolektor saat ini. Garam organik lithium bertindak sebagai elektrolit dan dilapiskan ke lembaran pemisah. Ketiga lembaran ini dililitkan ke silinder disekitar inti baja pusat sehingga membuat sel lebih kompak. Sel Tesla standar memiliki tegangan antara 3 dan 4,2 volt. Banyak sel yang terhubung secara seri dan paralel untuk membentuk modul, 16 modul tersebut dihubungkan secara seri untuk membentuk paket baterai di Mobil Tesla.

Sel-sel lithium ion menghasilkan banyak panas selama operasi dan suhu tinggi akan merusak kinerja sel. Sistem manajemen baterai digunakan untuk mengelas suhu status pengisian perlindungan tegangan dan pemantauan kesehatan sel dalam jumlah besar ini. Teknologi pendingin berbasis glikol digunakan dalam paket baterai Tesla, BMS menyesuaikan laju aliran glikol untuk mempertahankan suhu baterai tetap optimal. Perlindungan tegangan adalah pekerjaan penting BMS lainnya, misalnya dalam 3 sel ini selama pengisian maka sel dengan kapasitas yang lebih tinggi akan dibebankan lebih banyak daripada yang lain. Untuk mengatasi masalah ini, BMS menggunakan sesuatu yang disebut sel dalam cell balancing. Dalam cell balancing semua sel izinkan untuk mengisi dan melepaskan secara merata sehingga akan melindungi baterai dari kekurangan dan kelebihan tegangan.

Disinilah skor tesal bisa melampaui teknologi baterai Nissan. Nissan Leaf memiliki masalah pendinginan baterai yang sangat besar karena ukuran selnya yang besar dan tidak adanya metode pendinginan aktif. Nissan cell yang kecil multiple memiliki satu keunggulan lagi, selama situasi permintaan daya tinggi strange pelepasan akan dibagi rata antara masing-masing sel. Alih – alih  banyak sel kecil jika kita menggunakan sel raksasa tunggal maka sel itu akan ditempatkan di bawah banyak tekanan dan akhirnya akan menderita kematian dini. Dengan menggunakan banyak sel silindris kecil dan teknologi pembuatan yang sudah mapan Tesla jelas menang telak, ada fenomena ajaib terjadi dalam sel-sel lithium ion selama muatan pertamanya yang menyelamatkan sel-sel lithium ion dari kematian mendadak, mari kita lihat apa itu.

YUK !!! Tambah ILMU Kalian >>> 5 JURUSAN YANG PALING BANYAK DICARI INDUSTRI TAHUN 2020

Elektron dalam lapisan grafit adalah masalah utamanya. Elektrolit akan terdegradasi jika elektron bersentuhan dengannya, namun elektron tidak pernah bersentuhan dengan elektrolit karena penemuan yang tidak disengaja. Solid elektrolyte interface, saat anda mengisi ulang sel untuk pertama kalinya seperti yang dijelaskan diatas ion lithium bergerak melalui elektrolit. Disini dalam perjalanan ini molekul pelarut dalam elektrolit akan menutupi yang lithium, ketika mereka mencapai grafit ion lithium bersama dengan molekul pelarut akan bereaksi dengan grafit dan membentuk lapisan yang disebut lapisan SEI.

Pembentukan lapisan SEI adalah berkah tersembunyi, mencegah kontak langsung antara elektron dan elektrolit sehingga mencegah elektrolit terdegradasi. Dalam keseluruhan proses pembentukan lapisan SEI ini, ia akan mengomsumsi 5% lithium. Sisa 95% lithium berkontribusi pada kerja utama baterai meskipun lapisan SEI adalah penemuan yang tidak disengaja dengan lebih dari dua dekade penelitian dan pengembangan, para ilmuwan telah mengoptimalkan ketebalan dan sisi kimiawi dari lapisan SEI untuk kinerja sel maksimum. 

Sungguh menakjubkan mengetahui bahwa gadget elektronik yang kita gunakan sekitar 2 dekade yang lalu tidak menggunakan baterai ion Litium. Dengan kecepatan pertumbuhannya yang luar biasa pasar baterai ion Litium diperkirakan akan menjadi industri tahunan yang bernilai 90 miliar Dolar dalam beberapa tahun.

Jumlah siklus pengisian pengosongan baterai ion Litium mungkin untuk meningkatkannya menjadi 10000 siklus. Itu berarti Anda tidak perlu khawatir mengganti baterai di mobil anda selama 25 tahun. Jutaan dolar telah diinvestasikan dengan penelitian untuk mengganti media penyimpanan grafit dengan silikon, jika ini berhasil kepadatan energi sel lithium ion akan meningkat lebih dari 5 kali lipat. 

Source : YouTube – Ilmu Rekayasa

One thought on “Inilah Cara Kerja Baterai ion Litium

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *