Satu Ons Pencegahan Lebih Berharga daripada Satu Pon Penyembuhan – Bagaimana EIS Digunakan untuk Meningkatkan Kesehatan Baterai pada EV

Kendaraan listrik (EV) telah mendapatkan banyak perhatian dalam beberapa tahun terakhir, didorong oleh pergeseran global menuju energi bersih dan transportasi berkelanjutan.

Karena mereka menghasilkan nol emisi knalpot, EV jauh lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan kendaraan bensin dan diesel. Hal ini menjadikan EV teknologi kunci untuk mendekarbonisasi transportasi jalan raya, yang bertanggung jawab atas sekitar satu perenam emisi global.

Mereka juga memiliki biaya operasional dan perawatan yang lebih rendah dibandingkan kendaraan pembakaran dalam, menjadikannya jauh lebih efisien dan terjangkau.

Dengan demikian, popularitas dan adopsi EV terus meningkat secara signifikan, dengan hampir satu dari lima mobil yang terjual pada tahun 2023 merupakan mobil listrik. Setelah melewati angka 10 juta pada tahun 2020, jumlah mobil listrik di jalan mencapai 40 juta tahun lalu.

Pada tahun 2023 saja, penjualan mobil listrik hampir mencapai 14 juta, dengan 95% berada di China, Eropa, dan AS. Akibat ekspansi ini, EV kini menyumbang sekitar 20% dari semua penjualan mobil baru di seluruh dunia, dan diperkirakan akan melonjak hingga 50% pada tahun 2030.

Namun tidak hanya ada satu jenis EV; melainkan ada beberapa jenis:

• Kendaraan Listrik Baterai (BEVs)
• Kendaraan Listrik Hibrida Plug-In (PHEVs)
• Kendaraan Listrik Hibrida (HEVs)
• Kendaraan Listrik Sel Bahan Bakar (FCEVs)

Di antara jenis-jenis tersebut, EV berbasis baterai adalah yang paling umum, menyumbang 70% dari total mobil listrik pada tahun 2023.

BEV sepenuhnya ditenagai oleh listrik dan dapat diisi ulang dari sumber eksternal. Mereka lebih efisien dibandingkan kendaraan hibrida dan hibrida plug-in.

Mengingat baterai adalah sumber energi EV, mereka menjadi komponen paling penting dalam kendaraan listrik. Dengan menggantikan mesin pembakaran dalam, EV berbasis baterai dapat secara signifikan mengurangi polusi, membantu integrasi sumber terbarukan seperti angin dan matahari, serta memastikan keberlanjutan.

Dalam konteks EV, kondisi baterai menentukan kinerjanya. Ukurannya, yang diukur dalam kilowatt-jam, menunjukkan berapa banyak listrik yang dapat disimpan baterai dan sejauh mana mobil listrik dapat menempuh jarak dengan satu kali pengisian.

Semakin tinggi kepadatan energi dalam baterai, semakin jauh jarak tempuh per pengisian. Selain itu, pengisian cepat sangat penting untuk memungkinkan pemilik EV mengisi ulang kendaraan mereka dengan cepat.

Saat ini, EV menggunakan berbagai jenis baterai, termasuk lithium-ion yang paling umum. Baterai timbal-asam menjadi pilihan populer, terutama di AS, karena biaya yang efektif dan umur layanan yang panjang, sementara lithium sulfur meningkatkan kapasitas pengisian teoritis.

Selain meningkatnya kesadaran lingkungan dan insentif pemerintah, kemajuan teknologi baterai, khususnya yang membuat EV lebih efisien dan terjangkau, mendorong adopsi kendaraan listrik.

Jadi, baterai memainkan peran penting dalam EV dan transisi energi bersih yang lebih luas, sehingga penting untuk memiliki pemahaman yang lebih baik tentang kinerjanya dan kondisi mereka. Untuk itu, peneliti telah mengembangkan teknologi baru yang memantau keadaan baterai dengan presisi tinggi untuk memaksimalkan efisiensi dan stabilitasnya dalam jangka panjang.

Teknologi untuk Diagnosis Presisi Baterai EV

Peneliti dari Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) menciptakan teknologi baru ini untuk diagnosis akurat kondisi baterai EV, yang penting untuk manajemen yang efisien dan penggunaan yang aman, dengan hanya menggunakan arus kecil.

Pengembangan ini diumumkan minggu lalu oleh KAIST, yang mencatat bahwa tim peneliti yang dipimpin oleh Profesor Sang-Gug Lee dan Kyeongha Kwon dari School of Electrical Engineering telah membangun teknologi spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS).

Teknologi EIS ini dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan kinerja dan stabilitas baterai berkapasitas tinggi pada kendaraan listrik.

Spektroskopi impedansi elektrokimia adalah alat yang kuat yang mengukur besaran impedansi dan perubahan pada baterai, yang memungkinkan evaluasi efisiensi dan kerugian baterai.

Impedansi baterai hanyalah ukuran resistansi aliran arus di dalam baterai. Cara non-intrusif ini untuk mencegah kegagalan baterai mengidentifikasi tanda-tanda awal kelemahan atau degradasi serta memeriksa kinerja dan kondisinya.

Sebagai alat penting untuk menilai status muatan dan kesehatan baterai, ia juga dapat menganalisis perubahan kimia atau fisik, menjelaskan karakteristik termal, mengidentifikasi penyebab kegagalan, dan memprediksi masa pakai baterai.

Namun, peralatan EIS konvensional tidak hanya mahal tetapi juga kompleks, sehingga sulit dipasang, dioperasikan, dan dipelihara.

Selain itu, ada batasan presisi dan sensitivitas, yang berarti ketika kami menerapkan gangguan arus beberapa ampere pada baterai, hal itu dapat menyebabkan stres listrik yang signifikan. Hal ini pada gilirannya meningkatkan risiko kebakaran atau kegagalan baterai, sehingga menyulitkan penggunaannya secara praktis.

Jadi, untuk mengatasi semua masalah ini, tim teknik dari KAIST menciptakan sistem EIS arus rendah untuk mendiagnosis kondisi baterai EV yang sangat efisien serta kesehatannya.

Sistem baru ini dapat mengukur impedansi baterai secara akurat dengan gangguan arus rendah, yaitu 10mA. Selama proses pengukuran, teknologi EIS baru ini meminimalkan efek termal dan masalah keamanan.

Manfaat lain dari sistem ini adalah mengurangi kebutuhan akan komponen yang besar dan mahal. Sehingga dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam kendaraan.

Sistem EIS baru ini sebenarnya telah menunjukkan keberhasilannya dalam menentukan sifat elektrokimia baterai EV di bawah berbagai kondisi operasi. Ini mencakup berbagai suhu dan tingkat status muatan (SOC).

Integrasi sistem yang mudah ke dalam sistem manajemen baterai (BMS) EV, bersama dengan akurasi pengukuran yang tinggi serta kompleksitas dan biaya yang lebih rendah dibandingkan metode EIS arus tinggi konvensional, membuatnya sangat bermanfaat bagi EV.

Menurut penulis korespondensi, Profesor Kyeongha Kwon, sistem ini juga dapat berkontribusi pada diagnosis baterai dan peningkatan kinerja untuk sistem penyimpanan energi (ESS).

Pengembangan Lain dalam Kondisi & Keamanan Baterai EV

Mengingat pentingnya baterai, peneliti telah bekerja pada berbagai cara untuk memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang kondisi mereka. Bagaimanapun, kapasitas baterai EV menurun sekitar 10% dalam kira-kira 6,5 tahun operasi yang konsisten. Di sini, pengisian berlebih dan pengosongan berlebih juga berkontribusi pada penurunan tersebut.

Tahun lalu, tim peneliti Michigan Engineering menciptakan sebuah rumus untuk mendiagnosis dan memantau baterai tanpa merobeknya. Rumus tersebut, yang juga dapat diterapkan pada perangkat fotonik dan elektronik lainnya, bekerja untuk kombinasi bahan baterai apa pun.

Salah satu metode yang digunakan peneliti untuk menyelidiki baterai adalah dengan menerapkan arus bolak-balik lemah, mirip dengan yang berasal dari colokan dinding namun jauh lebih lemah, untuk menguji baterai. Dalam proses ini, impedansi berubah tergantung pada frekuensi arus bolak-balik atau seberapa cepat arah arus berubah.

Ukuran kunci adalah bagaimana impedansi bervariasi dengan frekuensi, yang diperoleh dengan menyapu frekuensi dari rendah ke tinggi. Untuk mencapai ini, harus dibangun hubungan antara bahan baterai dan tanda khasnya. Namun, tim tersebut menciptakan rumus mereka sendiri untuk menggambarkan hubungan tersebut. Dan setelah impedansi diukur pada beberapa frekuensi, rumus dapat memprediksi impedansi sebagai fungsi frekuensi untuk rentang frekuensi yang luas.

Menurut tim, rumus tersebut berfungsi sebagai cara untuk menampilkan impedansi material menggunakan hanya beberapa titik data eksperimental. Rumus ini menyederhanakan seluruh proses pemodelan aliran listrik melalui perangkat yang terbuat dari berbagai bahan dan tidak memerlukan pengetahuan tentang mikrostruktur bahan sebelumnya.

Rumus ini dapat lebih lanjut membantu merancang elektrolit padat yang lebih baik, mengidentifikasi fitur impedansi komponen lain dalam baterai, dan membangun model baterai yang akurat untuk memberikan kontrol yang lebih aman dan efisien saat pengisian dan pengosongan.

Pada saat itu, tim menyatakan bahwa mereka berencana menggunakan rumus tersebut untuk memahami dan kemudian merancang elektrolit padat berjenis campuran, yang dapat memberikan kapasitas lebih tinggi dan keamanan yang lebih baik.

Kemajuan dalam desain baterai struktural, material, dan sistem pemantauan terus berlanjut, yang telah meningkatkan langkah-langkah keamanan untuk mencegah hubung singkat internal dan runaway termal. Untuk itu, peneliti semakin fokus pada peran anoda berbasis silikon, khususnya distribusi partikel SiO dalam lapisan anoda, untuk mencapai kepadatan energi yang lebih tinggi sambil mengendalikan efek negatif selama siklus, sehingga meningkatkan keamanan dan umur panjang.

Dalam hal desain dan perakitan baterai, perekat juga muncul sebagai komponen penting, menawarkan keuntungan seperti peningkatan kinerja dengan mengoptimalkan antarmuka termal antara sel baterai dan sistem pendingin, fleksibilitas desain yang lebih besar dengan mengikat berbagai material, manajemen energi yang lebih baik untuk keamanan, serta penghematan biaya melalui penyederhanaan proses manufaktur.

Peneliti dan perusahaan juga memanfaatkan AI untuk penemuan material baterai dan manufaktur. Meskipun teknologi baterai EV telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir, masih terdapat beberapa masalah terkait material, desain, jangkauan, dan sistem manajemen baterai.

Sistem manajemen baterai (BMS) pada EV bertujuan memastikan efisiensi, keamanan, dan umur panjang dengan mengoptimalkan kinerja baterai. Perkiraan tradisional tentang kesehatan dan muatan baterai untuk memprediksi degradasi di masa depan belum akurat, sehingga muncul algoritma ML untuk BMS yang menganalisis data real-time guna memperkirakan status kesehatan baterai (SOH) dan status muatan (SOC) secara tepat. BMS kemudian menggunakan perkiraan ini untuk mengoptimalkan kinerja baterai.

Pasar global pembentukan dan pengujian baterai EV sebenarnya merupakan pasar yang tumbuh cepat, yang dinilai $1,9 miliar pada 2023. Pasar ini diproyeksikan tumbuh dengan CAGR lebih dari 17,6% dalam delapan tahun ke depan hingga mencapai $7,8 miliar pada 2032.

Pertumbuhan ini didorong oleh meningkatnya adopsi EV dan produksi baterai selanjutnya, kemajuan teknologi dalam kimia baterai, keamanan baterai, dan persyaratan keandalan, serta fokus yang semakin besar pada keberlanjutan dan pengurangan emisi karbon.

Beberapa bulan lalu, Departemen Energi AS (DOE) juga mengumumkan pendanaan sebesar $43 juta untuk proyek-proyek yang akan memajukan riset, pengembangan, dan penerapan di bidang baterai kritis. Tujuan inisiatif ini adalah mendorong inovasi dalam produksi baterai EV berbiaya rendah, mengurangi kegagalan, meningkatkan keamanan baterai, dan memperkuat rantai pasokan domestik material baterai.

Hal ini sejalan dengan Blueprint Nasional AS untuk Dekarbonisasi Transportasi, yang bertujuan menghilangkan semua emisi dari sektor transportasi pada tahun 2050 dengan memajukan teknologi baterai untuk menggerakkan EV nol emisi yang aman dan efisien.

Perusahaan yang Membantu Memajukan Manajemen Baterai EV

Sekarang, mari kita lihat perusahaan-perusahaan yang bekerja pada persimpangan teknologi kesehatan baterai EV, sistem BMS, dan kemajuan EIS, yang semuanya penting untuk mempertahankan pasar EV dan mengoptimalkan umur serta keamanan baterai.

Tesla milik Elon Musk Tesla (TSLA ) termasuk yang paling menonjol, dan sangat berinvestasi dalam baterai berkapasitas tinggi dan umur panjang untuk EV. Dengan saham Tesla naik 4,83% tahun ini, kapitalisasi pasar saat ini berada di $830,7 miliar.

Selanjutnya ada QuantumScape Corporation QuantumScape Corporation (QS ) dengan kapitalisasi pasar $3,24 miliar, yang mengembangkan baterai lithium-logam solid-state untuk EV, sementara Enovix Corporation Enovix Corporation (ENVX ) dengan kapitalisasi pasar $1,9 miliar sedang mengembangkan baterai lithium-ion anoda silikon canggih. Albemarle Corporation Albemarle Corporation (ALB ) dengan kapitalisasi pasar $11,18 miliar adalah produsen litium terkemuka dan terlibat dalam meningkatkan efisiensi dan keamanan baterai. Saham QS, ALB, dan ALB turun masing-masing 6,47%, 34,14%, dan 13,14% tahun ini.

Analog Devices (ADI ) adalah perusahaan senilai $114 miliar dengan saham naik 15,67% tahun ini. Sementara itu, perusahaan ini menyediakan solusi sistem manajemen baterai (BMS) untuk baterai EV.

Sekarang, mari kita lihat lebih dalam perusahaan terkait lain yang telah tampil baik tahun ini.

General Motors Company

Raksasa otomotif dengan kapitalisasi pasar $59,2 miliar ini telah mengalami kenaikan yang baik tahun ini. Dengan sedikit lebih dari dua bulan tersisa di tahun 2024, harga GM melonjak 46,77% dan diperdagangkan pada $52,9. Perusahaan ini memiliki EPS (TTM) sebesar 9,37 dan rasio P/E (TTM) sebesar 5,63, serta dividen yield sebesar 0,91%.

General Motors (GM ) terlibat dalam perancangan, pembuatan, dan penjualan mobil, truk, serta suku cadang otomotif, selain menyediakan layanan berbasis perangkat lunak. Perusahaan ini juga mempelopori kemajuan dalam teknologi baterai, keamanan, dan kinerja untuk armada EV-nya melalui platform Ultium.

Ultium pertama kali diperkenalkan pada 2020, dan CEO-nya, Mary Barra, menyebutnya:

“Strategi EV multi-merek, multi-segmen dengan ekonomi skala yang menyaingi bisnis truk ukuran penuh kami dengan jauh lebih sedikit kompleksitas dan bahkan lebih banyak fleksibilitas.”

Dalam pertemuan terbaru, Barra mengumumkan bahwa merek baterai Ultium kini akan dihentikan tetapi menyatakan bahwa penjualan EV akan meningkat. Deretan EV GM mencakup Chevy Equinox dan Blazer, GMC Hummer EV, Cadillac Lyriq, dan Cadillac Celestiq.

Kurt Kelty, wakil presiden GM untuk sel baterai, namun mengakui pentingnya Ultium dalam membantu meluncurkan beragam model EV baru, dengan mencatat:

“(Perusahaan) beralih dari satu ukuran yang cocok untuk semua ke baterai spesifik program baru.”

GM kini menargetkan beberapa kimia baterai agar dapat memenuhi tuntutan kinerja dengan lebih baik.

Perusahaan otomotif ini juga berencana membangun pusat prototipe baterai di Michigan yang akan dibuka pada 2027, yang dapat membantu mengurangi waktu pengembangan baterai hingga satu tahun.

Minggu ini, GM melaporkan keuangannya untuk Q3 2024, yang mengungkapkan bahwa pendapatan kuartal tersebut sebesar $49 miliar, naik 10% YoY, sementara arus kas bebas otomotif yang disesuaikan mencapai $5,8 miliar, meningkat $900 juta dibandingkan tahun lalu. Pada periode ini, GM melakukan pembelian kembali saham senilai $1 miliar.

Perusahaan melihat pangsa pasar ritelnya di AS tumbuh pada Q3 sementara lingkungan operasional di China tetap menantang. Biaya garansinya juga meningkat akibat tekanan inflasi.

Untuk EV, perusahaan berada pada jalur untuk memproduksi 200.000 EV di Amerika Utara tahun ini. Sementara terus berkembang, bisnis EV GM masih berupaya mencapai profitabilitas dan mengharapkan perbaikan kerugian EV sebesar $2 miliar hingga $4 miliar.

Kesimpulan

Seiring transisi energi bersih yang semakin cepat, didukung oleh kebijakan pemerintah, insentif, dan strategi industri, dunia telah beralih ke kendaraan listrik. Pertumbuhan pesat EV menekankan peran penting baterai dan, oleh karena itu, menuntut efisiensi dan keamanan yang tinggi. Di sini, teknologi seperti spektroskopi impedansi elektrokimia dan sistem manajemen baterai inovatif dapat membantu menyempurnakan cara kita memantau kesehatan baterai EV serta berkontribusi pada penggunaan EV yang lebih aman dan berkelanjutan.

Seiring semakin banyak studi, perusahaan, dan pemerintah yang fokus pada peningkatan diagnostik baterai EV, kita akan melihat baterai yang lebih tahan lama, desain yang lebih aman, dan penyimpanan energi yang efisien, yang semuanya penting bagi EV untuk mencapai adopsi massal. Inovasi ini dapat lebih lanjut membantu mencapai target iklim global yang ambisius, menghasilkan masa depan yang lebih bersih dan berkelanjutan.

Klik di sini untuk daftar 10 saham EV teratas untuk diinvestasikan.