Kapasitas Baterai EV Menurun? Hidrogen Dapat Menjadi Salah Satu Penyebabnya

Kehilangan Energi Baterai

Meski baterai litium-ion telah digunakan selama puluhan tahun dalam elektronik dan kendaraan listrik, mekanisme penuaannya masih terus diteliti. Salah satunya adalah pengosongan sendiri, yaitu hilangnya muatan saat baterai tidak digunakan. Hal ini berbeda dari penurunan kapasitas permanen, meskipun reaksi terkait dapat mempercepat degradasi. Angka umur pakai 7–10 tahun bukan batas universal; umur baterai bergantung pada kimia, suhu, pola pemakaian, dan pengelolaannya.

Pengosongan sendiri juga relevan dalam pengembangan katoda tanpa kobalt. Pengurangan kobalt dapat menekan biaya dan persoalan rantai pasok, termasuk risiko pelanggaran hak asasi manusia. Namun, penyebab degradasi berbeda menurut jenis bahan dan tidak semuanya dijelaskan oleh satu mekanisme.

Model pengosongan sendiri katoda yang umum menitikberatkan difusi ion litium dari elektrolit ke katoda. Studi ini menunjukkan jalur tambahan yang melibatkan transfer hidrogen, bukan membuktikan bahwa ion litium sama sekali tidak berperan.

Para peneliti menemukan bahwa hidrogen dari pelarut elektrolit dapat masuk ke katoda oksida berlapis yang telah kehilangan sebagian litium. Proses ini dapat menyebabkan pengosongan sendiri dan mempercepat degradasi. Pemahaman tersebut membuka peluang pengembangan bahan yang lebih tahan lama, tetapi hasilnya tidak serta-merta berlaku untuk semua jenis baterai.

Temuan tersebut diterbitkan dalam jurnal Science dengan judul “Hidrogenasi Oksida yang Dimediasi Pelarut dalam Katoda Berlapis”.

Penelitian ini melibatkan kolaborasi sejumlah lembaga, antara lain University of Colorado Boulder, DEVCOM Army Research Laboratory, SLAC National Accelerator Laboratory, Argonne National Laboratory, Pacific Northwest National Laboratory, University of Houston, National Renewable Energy Laboratory, Oregon State University, Stanford University, Lawrence Berkeley National Laboratory, dan National Taiwan University.

Paradigma Sebelumnya

Saat baterai litium-ion mengalirkan daya, ion litium bergerak dari anoda ke katoda melalui elektrolit, sementara elektron mengalir melalui rangkaian luar untuk menyediakan arus bagi perangkat. Ketika baterai diisi, arah perpindahan tersebut berbalik.

Sumber: ResearchGate

Model sebelumnya menjelaskan pengosongan sendiri katoda melalui masuknya ion litium dari elektrolit. Hal ini tidak sama dengan sekadar ion litium terperangkap dan gagal kembali ke anoda saat pengisian.

Pengendalian perpindahan ion litium tetap penting bagi desain baterai. Temuan baru menambahkan mekanisme reaksi elektrolit dan hidrogen yang perlu diperhitungkan, bukan menggantikan seluruh penjelasan tentang penuaan baterai.

Hidrogen Mengambil Posisi Litium

Para peneliti menganalisis bahan baterai menggunakan teknik sinar-X sinkrotron di Argonne National Laboratory di Illinois, bagian dari Departemen Energi AS, bersama metode analisis dan pemodelan lainnya.

Mereka menemukan transfer hidrogen dari pelarut karbonat dalam elektrolit ke bahan katoda. Proton dapat menempati posisi dalam kisi yang berkaitan dengan litium; ini bukan perpindahan molekul gas hidrogen utuh ke dalam katoda.

Mekanisme yang diteliti terjadi pada katoda oksida logam transisi berlapis, khususnya bahan NMC yang telah mengalami pelepasan litium.

Gradien konsentrasi proton dan ion litium dapat menciptakan ketidakseragaman kimia serta struktur di dalam katoda, yang dapat mempercepat degradasi dan memengaruhi perilaku mekanisnya.

Dengan demikian, masuknya hidrogen dapat berkontribusi pada kehilangan tegangan dan kapasitas serta perubahan struktur. Studi ini tidak menyatakan bahwa seluruh kerusakan katoda yang sebelumnya dikaitkan dengan litium sebenarnya hanya disebabkan oleh proton.

Potensi Langsung

Mengatasi Batasan EV

Salah satu pertimbangan dalam adopsi kendaraan listrik adalah jarak tempuh. Beberapa kimia tanpa kobalt, seperti LFP, memiliki kepadatan energi lebih rendah daripada alternatif tertentu, tetapi jarak tempuh kendaraan juga dipengaruhi ukuran paket baterai, efisiensi, dan desain. Keterbatasan ini tidak berlaku sama pada semua baterai tanpa kobalt.

Calon pembeli juga mempertimbangkan daya tahan paket baterai dan biaya penggantian. Harga awal beberapa kendaraan listrik masih lebih tinggi daripada kendaraan pembanding, tetapi biaya, garansi, dan umur pakainya bervariasi.

Penggantian baterai yang lebih sering dapat meningkatkan kebutuhan bahan tambang, energi produksi, dan daur ulang. Memperpanjang umur pakai karena itu berpotensi mengurangi dampak lingkungan, dengan tetap memperhitungkan keseluruhan siklus hidup.

Meningkatkan Umur Pakai Katoda

Pemahaman tentang transfer hidrogen memberikan sasaran tambahan bagi perbaikan katoda. Salah satu pendekatan yang dapat diteliti adalah pelapis yang mengurangi kontak antara permukaan reaktif dan elektrolit. Efektivitasnya perlu diuji, dan mekanisme degradasi lainnya tetap harus ditangani.

Pilihan lain adalah mengembangkan komposisi atau aditif elektrolit yang lebih stabil sehingga reaksi penghasil transfer hidrogen berkurang.

Baterai Elektrolit Padat

Baterai elektrolit padat tetap menggunakan elektrolit, tetapi berupa padatan alih-alih cairan. Menghindari pelarut karbonat cair dapat mengubah jalur reaksi yang diteliti, namun tidak berarti semua baterai padat kebal terhadap hidrogen atau degradasi.

Studi ini tidak membuktikan bahwa mekanisme tersebut menjelaskan seluruh keunggulan baterai padat. Kinerja setiap rancangan tetap bergantung pada bahan, antarmuka, dan kondisi operasinya.

Berinvestasi dalam Teknologi Baterai Canggih

Baterai berperan penting dalam elektrifikasi dan pengurangan penggunaan bahan bakar fosil. Baterai yang lebih andal, terjangkau, dan tahan lama dapat membantu mengurangi dampak lingkungan sistem energi, meskipun produksi dan daur ulangnya juga harus diperhitungkan.

Saham perusahaan terkait baterai dapat diakses melalui berbagai pialang. Di securities.io, tersedia ulasan pialang untuk AS, Kanada, Australia, Inggris, serta banyak negara lain.

Jika tidak ingin memilih perusahaan tertentu, Anda dapat meneliti ETF terkait baterai, seperti Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), produk Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT), atau WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF, yang menawarkan paparan lebih beragam terhadap sektor ini. Diversifikasi tidak menghilangkan risiko kerugian.

Anda juga dapat membaca artikel kami tentang “10 Saham Baterai Terbaik untuk Diinvestasikan” dan “10 Logam Baterai & Saham Pertambangan Energi Terbarukan Terbaik“.

Perusahaan Baterai Canggih

1. CATL (300750.SZ)

CATL merupakan produsen baterai kendaraan listrik terbesar berdasarkan volume penggunaan global pada 2023, dengan pangsa pasar 36,8% menurut data yang dilaporkan perusahaan. Angka ini bukan lebih dari separuh seluruh produksi baterai dunia. CATL juga aktif di berbagai bagian rantai pasok dan pengembangan teknologi baterai.

CATL memiliki posisi kuat dalam baterai litium-ion dan mengumumkan sejumlah pengembangan berikut. Klaim performanya perlu dipahami sesuai produk, metode uji, dan tahap pengembangan.

• Baterai berumur panjang 12.000 siklus untuk penyimpanan energi skala utilitas, dengan target 18.000 siklus jangka panjang.
• Baterai LFP (Lithium Iron Phosphate) 700km yang mengisi 400km jangkauan dalam 10 menit; angka jarak tempuh dan pengisian bergantung pada konfigurasi serta kondisi pengujian.
• 500 Wh/kg, berpotensi memungkinkan elektrifikasi pesawat penumpang.
• Baterai natrium-ion generasi awal dengan kepadatan energi 160 Wh/kg dan target generasi berikutnya 200 Wh/kg.

Sumber: CATL

CATL juga telah menginvestasikan €3,25 miliar dalam kapasitas daur ulang baterai di China. CATL melaporkan tingkat pemulihan bahan sebesar 99,6 % untuk nikel, kobalt, mangan, dan 91 % untuk litium.

Skala usaha, fokus, dan kegiatan penelitian CATL mendukung perannya dalam inovasi, manufaktur, dan daur ulang baterai. Posisi masa depan tetap bergantung pada persaingan dan keberhasilan teknologi.

CATL menjadi pemasok penting bagi produsen kendaraan listrik, termasuk Tesla (TSLA ), NIO, Ford, dan Stellantis, dengan Hyundai baru-baru ini ditambahkan ke jajaran aliansi strategis CATL yang berkembang.

Pengetahuan dari satu kimia baterai dapat membantu pengembangan kimia lain, tetapi penerapan silang tetap memerlukan pengujian. Baterai natrium-ion dengan rancangan baru merupakan kemungkinan pengembangan, bukan produk yang otomatis tersedia. Skala produksi CATL dapat mendukung efisiensi, tanpa berarti perusahaan memproduksi separuh baterai dunia.

2. BYD (BYDDY)

BYD telah berkembang menjadi pesaing penting di pasar kendaraan listrik, tidak hanya bagi Tesla tetapi juga bagi produsen mobil lainnya.

Berawal sebagai pemasok baterai telepon, perusahaan berkembang menjadi produsen kendaraan listrik dengan penjualan besar di Tiongkok dan ekspansi ke Thailand, Swedia, Australia, Selandia Baru, Singapura, Israel, serta Brasil. Posisi penjualan bergantung pada periode dan kategori kendaraan yang dibandingkan.

BYD ikut mendukung pertumbuhan ekspor mobil Tiongkok, yang melampaui Jepang pada 2023. Ekspansi perusahaan juga mencakup rencana pabrik baru, seperti di Hungaria.

Mobil seperti Seagull, dengan harga sekitar 10.000–12.000 dolar AS di pasar Tiongkok pada periode tersebut, dapat memperluas pasar BYD. Seagull menggunakan baterai Blade berbahan litium besi fosfat, atau LFP, bukan baterai natrium. Harga ekspor dapat berbeda karena pajak, tarif, dan spesifikasi.

Sumber: Oleh User3204 – Karya sendiri, CC BY-SA 4.0

BYD tetap merupakan produsen baterai penting dan pesaing CATL dalam baterai LFP. Angka 41,1% untuk BYD dan 33,9% untuk CATL yang dikutip artikel merujuk pada segmen LFP Tiongkok dalam periode tertentu, bukan pangsa seluruh pasar baterai global; periode dan dasar pengukuran perlu diperhatikan saat membandingkannya.

Ekspor kendaraan listrik murah dari Tiongkok dapat menghadapi tarif dan kebijakan perdagangan di Eropa maupun Amerika Serikat. Hal ini dapat memengaruhi daya saing dan pertumbuhan BYD.

BYD juga berekspansi di Amerika Selatan, Rusia, Afrika, Timur Tengah, dan Asia Tenggara. Kondisi persaingan dan kebijakan berbeda di setiap negara; kawasan-kawasan tersebut bukan seluruhnya tanpa industri otomotif domestik atau perlindungan perdagangan.

Populasi besar di berbagai pasar tersebut memberi peluang, tetapi tidak seluruh penduduk merupakan calon pembeli yang mampu atau berminat membeli kendaraan. Hubungan geopolitik juga tidak menjamin rendahnya hambatan perdagangan.

Produksi lokal di luar Tiongkok dapat membantu BYD mengelola biaya dan hambatan perdagangan. Namun, rencana atau investasi di Eropa Timur, Meksiko, dan Turki tidak otomatis berarti kendaraan BYD akan diproduksi atau dijual di semua pasar, khususnya Amerika Serikat. Daya saing bergantung pada harga lokal, aturan, dan pelaksanaan proyek.